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《你知道吗？——现代科学中的１００个问题》

Ｉ·阿西莫夫　著
暴永宁　陈养正　钟元昭　吴伯泽　译
碧海听潮声  扫


４７　简单扼要地讲，爱因斯坦的相对论是怎么一回事？

　　牛顿在１７世纪８０年代首次总结出了物体的运动定律。
根据这些定律，不同的运动可以按照简单的算术法则相加起
来。假设有一列火车以每小时２０公里的速度从你身边驶过，
而车上又有个孩子以每小时２０公里的速度向列车行进方向
抛掷一只小球。在和列车一起前进的这个孩子看来，小球的
速度是每小时２０公里。而在你看来，火车的运动要和小球
的运动加在一起，结果，小球就以每小时４０公里的速度运
动了。
　　所以，你能够看出，不能单单就小球来确定它的速度。
速度是相对于某个特定观察者而言的。任何一种试图解释速
度（及有关的其它现象）在不同观察者看来的变化情况的运
动理论，都是一种“相对论”。
　　爱因斯坦的与众不同的相对论源于这样一件事实：在火
车上扔小球的这种做法，似乎对于光就不再适用了。光是能
够顺着或逆着地球的运动方向运动的。在前一种情况下，它
似乎会传播得比后一种情况下快。这正象飞机在顺风飞行时
相对于地面的速度要比逆风飞行时高一些一样。然而，对光
速所进行的最精密的测量表明，无论发光的光源如何运动，
光速永远是不变的。
　　因此，爱因斯坦宣称：假设光在真空里的速度已经测得，
那么，它将永远保持这个速度不变（每秒３０万公里），在
任何情况下都是如此。对于这一设想，宇宙间的各种定律相
应地又该怎样安排呢？
　　爱因斯坦发现，为了保证光速是一个恒量，人们必须接
受许许多多出乎意料的事情。
　　他发现，随着物体运动速度的增加，物体在运动方向上
会变得越来越短，直到在达到光速时，长度变到零为止；与
此同时，物体的质量会变得越来越大，在达到光速时，质量
会变为无穷大。他还发现，当物体的运动速度越来越小时，
在运动物体上时间流逝的速度也会不断减小，而在达到光速
时，时间就会完全停止。他又发现，质量等价于一定的能量，
能量也等价于一定的质量，等等。
　　他把上述对匀速运动物体的所有规律归纳起来，并于
１９０５年以“狭义相对论”的名称予以发表。１９１５年，
他又在讨论变速运动物体的规律方面得出了更为深奥的结果，
同时还对引力作用进行了一番新的表述。这些成果被称为
“广义相对论”。
　　只有当物体有很大的运动速度时，爱因斯坦所预言的某
些变化才能被人们所察觉。亚原子粒子就有这样的速度。人
们对亚原子粒子进行观测，发现爱因斯坦的预言是正确的，
而且还是十分正确的。老实说，如果爱因斯坦的相对论是错
误的，我们那些轰击原子的装置就无法运转，原子弹也不会
爆炸，某些天文观测也无法进行了。
　　不过，在通常的速度下，爱因斯坦所预言的各种效应都
是极小的，因此可以被忽略掉。这时，牛顿定律的简单的算
术加法就起作用了。由于在我们所处的环境中，牛顿定律总
是适用的，因此，它们被我们看作是一种“常识”。而爱因
斯坦的定律却被看成“不可思议的”。

阿西莫夫《你知道吗？--现代科学中的一百个问题》
科学普及出版社   1984年
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