宇宙中的神秘现象:飞船与绳索的悖论

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在这个充满未知的宇宙中,科学家们总是面临着各种挑战和令人困惑的现象。今天,让我们来探讨一个关于飞船和绳索的有趣悖论。

设想一下,两艘宇宙飞船被一根长长的细绳连接着。如果两艘飞船同时以相同的加速度加速,那么它们应该保持相同的距离。但是,在我们的宇宙中,运动中的物体会经历长度收缩,朝着运动方向变短。

这引出了一个问题:飞船和绳索作为整体收缩,使得两艘飞船彼此靠近?还是飞船单独收缩,但保持相同的间隔,而绳索缩短并冒着断裂的风险?如果我们假设绳索没有显著的强度,那么飞船不应该比没有任何绳索时表现得有所不同——既然它们都经历了相同的加速度,它们应该保持与起始时相同的间隔。

这就意味着,当绳索缩短时,它必然会断裂。但是,这是如何发生的呢?长度收缩是一种真实、物理的力量吗?是的,从某种角度来看,它是的。连接绳索的电磁力也会经历长度收缩,因此绳索内的原子和分子间的距离实际上会收缩,将绳索拉得更短——或者,如果绳索的两端系在两艘重型飞船上,将其撕裂。

然而,从另一个角度来看,绳索断裂的原因又有所不同。因为,从一个移动物体的视角来看,原本同时发生的事件不再同时发生。在这种情况下,从与飞船最终速度相同方向移动的视角来看,前方的飞船实际上首先加速,因此在一段时间内,它离后方的飞船越来越远——等到后方的飞船追上来时,两艘飞船之间的距离实际上比开始时更远!

使用时空图来正确描述整个情况,这一切会更容易理解(而不是仅仅尝试单独考虑长度收缩或相对论同时性)。但是,关键在于,从一个移动的视角来看,是飞船本身扯断了绳索。

那么,为什么飞船在加速时不会自己撕裂呢?如果绳索断裂,为什么所有物体在移动时不会爆炸呢?这只有在物体的不同部分独立加速时才会发生,就像两艘飞船各自拥有自己的推进力一样。普通物体并不是这样的;相反,物体的一部分被推动或拉动,然后物体内的分子间力将这种加速度传递给物体的其他部分。

当这些分子间力经历长度收缩时,整个物体就会收缩,而不是被撕裂。但是,当物体上有多个加速度源作用于多个部分时……原则上,它可能会因长度收缩而被撕裂。或者你也可以说,它可能因为不同的部分在不同的时间开始加速而被撕裂。

这取决于你的视角——字面上来说。在我们的宇宙中,不仅仅是空间和时间是相对的——在某些情况下,你是否被撕裂,或是你自己撕裂自己,也是相对的。

通过制作这个视频,我亲自绘制了贝尔飞船悖论的时空图,这对我理解这个现象非常有帮助——这正是本视频赞助商Brilliant的理念所在。

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