91download.com supports a wide range of platforms, including YouTube, Facebook, Twitter, TikTok, Instagram, Dailymotion, Reddit, Bilibili, Douyin, Xiaohongshu and Zhihu, etc. Click the download button below to parse and download the current video
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。
Brilliant基于这样一个原则:主动解决问题是掌握新概念或技能的最快途径——而现在,他们通过数学和科学课程中的大量视觉互动,将这一理念提升到了新的层次。你可以与齿轮和滑轮的数学、计算机编程和毕达哥拉斯定理互动!为了更深入地理解科学和数学,并免费注册,请访问Brilliant.org/MinutePhysics。
前200位用户将获得20%的年度高级订阅折扣,全面访问Brilliant的所有课程和谜题。再次提醒,访问Brilliant.org/MinutePhysics——并感谢Brilliant的支持。
Share on Twitter Share on Facebook