爱因斯坦,20世纪最伟大的思想家之一,通过引入颠覆性的概念彻底改变了我们对物质世界的理解。他以想象实际场景的方式,将复杂的科学理念变得易于理解,这种方法被称之为“思维实验”。
追逐光的奥秘:时光凝固?
16岁时,爱因斯坦思考:若能追上光速,是否能看到光的凝固?但他明白光是由变化的电场和磁场构成的波动,永远无法静止。这启发了相对论的萌芽,适用于空间和时间的某些关系。
异步时空:同一事件不同体验
想象一下你站在一列火车上,而你的朋友站在火车外,看着火车经过。如果闪电同时击中火车两端附近,你的朋友将同时看到两道闪电。
但在火车上,你离向着你移动的闪电更近。因此,你会首先看到这道闪电,因为光传播的距离更短。
这个实验的设置有些复杂,涉及到倾斜的镜子和杆子。但结果是,对于运动中的人和静止的人来说,时间的行为是不同的。
这巩固了爱因斯坦对时间和空间是相对的信念,也是这是爱因斯坦相对论的基石。
你在太空旅行中的孪生兄弟与你相比会变老吗?
假设你有一个与你几乎同时出生的孪生兄弟,但你的孪生兄弟出生后立马登上一艘飞船,以接近光速穿越宇宙。
根据爱因斯坦的相对论,随着你的兄弟接近光速,时间流逝得越慢,所以在飞船降落地球时,你将庆祝你的65岁生日,而你的孪生兄弟可能还不到10岁。
电梯难题:加速或漂浮?
在封闭电梯里,你无法分辨自己是在地球上的静止电梯还是在太空中上升。根据“等效原理”,这两种情况的物理学相同。同理,电梯快速下降时,你会如同在太空中漂浮。
超光速传讯:物质间的遥远互动
爱因斯坦对量子理论信仰不强烈,经常与玻尔辩论。其中一个问题涉及到量子纠缠,他将其称为“远距离幽灵作用”。
想象一下你有一枚可以轻松分成两半的硬币,你抛硬币,在没有查看结果的情况下,你将一侧交给朋友,保留另一侧给自己。然后,你的朋友上了一艘火箭飞越宇宙。当你看到硬币时,你会发现你拿着的是硬币的正面。你立即知道,你的朋友,尽管距离你数十亿光年,却拿着硬币的反面。
爱因斯坦认为,粒子的行为更像是真实的硬币,它们具有某种固有属性,使它们一直是“旋转向上”或“旋转向下”。然而,在此后的几十年里,其他科学家已经证明了他的错误。在2022年,三位物理学家因证明了“量子纠缠”而获得了诺贝尔奖。
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