当我们还是孩子的时候,我们对超人的速度“比子弹还快”感到惊讶。我们甚至可以想象他在追赶武器发射的炮弹,他的右臂伸出来,披风在身后荡漾。如果他以一半的子弹他的速度,子弹离开他的速度就会减半。如果他确实比子弹跑得快,他就会超过子弹,走在前面。去,超人!
换句话说,超人的空中动作服从了牛顿的时空观:空间中物体的位置和运动都应该相对于一个绝对的、不移动的参照系是可测量的[来源:Rynasiewicz].
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20世纪初,科学家们坚持牛顿的世界观。然后是一位德国出生的数学家和物理学家阿尔伯特·爱因斯坦它的出现改变了一切。1905年,爱因斯坦发表了他的著作狭义相对论,这篇文章提出了一个惊人的观点:没有首选的参照系。一切事物,甚至时间,都是相对的。
他的理论有两个重要的基础。第一种观点认为,同样的物理定律同样适用于所有不断移动的参照系。第二种说法是,光速——大约每秒18.6万英里(每秒30万公里)——是恒定的,与观察者的运动或光源无关。根据爱因斯坦的理论,如果超人以一半光速去追逐一束光,那么这束光将继续以完全相同的速度远离他[来源:斯坦,AMNH.org].
这些概念看似简单,但它们有一些令人费解的含义。其中最大的一个是由爱因斯坦著名的方程E = mc²表示,其中E是能量,m是质量c是光速。
根据这个方程,质量和能量是同一物理实体,可以相互转化。由于这种等价性,物体由于运动而产生的能量会增加它的质量。换句话说,一个物体运动得越快,它的质量就越大。只有当物体移动得非常快时,这一点才会变得明显。例如,如果它以光速的10%移动,它的质量只会比正常情况下多0.5%。但如果它以光速的90%移动,其质量将翻倍[来源:LBL.gov].
当一个物体接近光速时,它的质量急剧上升。如果一个物体试图以每秒18.6万英里的速度移动,它的质量就会变得无限大,移动它所需的能量也会无限大。因此,任何普通物体的速度都不可能达到或超过光速。
这回答了我们的问题,但让我们来玩一下,稍微修改一下这个问题。
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