《张朝阳的物理课》第十二期开讲：科普狭义相对论

日期：2024-08-10 |   作者: 产品中心

  双胞胎如何相差5岁？时间线时，《张朝阳的物理课》第十二期开播。搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇直播间，从伽利略变换与麦克斯韦方程的不自洽谈起，讲述了历史上的以太之争和迈克尔逊莫雷实验，而爱因斯坦在洛伦兹变换的基础之上，提出了狭义相对论，并推导得到“尺缩钟慢”效应、横向多普勒效应等。《张朝阳的物理课》初次探讨爱因斯坦的“狭义相对论”，试图揭秘“E=mc²”公式何以举世闻名。

  “讲相对论，需要先学习物理学的历史。”张朝阳开门见山，19世纪末，以麦克斯韦方程组为核心的经典电磁理论的正确性，已被大量实验所证实，但其在经典力学的伽利略变换下，却不具有协变性，与经典力学中的相对性原理相违背。

  为了让网友直观感受何为“伽利略变换”，张朝阳举例说，“想象你站在机场滚梯上，跑步前进，根据伽利略的速度叠加理论，从地面上看，你的速度，就是滚梯的速度加上你奔跑的速度。”

  “当伽利略变换与麦克斯韦方程不自洽，该怎么办？”张朝阳像是在讲故事。19世纪的物理学家认为，光的传播，有几率存在某种介质，像水传递水波那样传递电磁波，如此才能解释麦克斯韦方程组给出的绝对光速。他们将这种假定的可以传播“光”的介质称之为“以太”。于是，1887年，迈克尔逊和莫雷用干涉仪来测量一束平行光和一束垂直光的光速差值，以验证以太是否存在。

  说到这里，张朝阳再度开启数学推演模式，在小白板上画上坐标，引入勾股定理，边画边讲。他强调，“光速为30万千米每秒，想发现它的速度变化，难度很大。”通过一步步推导，张朝阳和网友们再现100多年前的这个著名实验，并得出结论，“以太假说是错误的”，张朝阳说，“这也表明相对性原理的正确性。”

  “洛伦兹试图去解决这一个问题。他比较喜欢修修补补，于是假定了不同的坐标系，把伽利略变换修改为洛伦兹变换，结果被证明是完全正确的。”张朝阳继续说故事，在洛伦兹变换下，麦克斯韦方程组具有了相对性原理所要求的协变性。

  可惜的是，洛伦兹不能对这一假说的物理本质给出合理的解释。而爱因斯坦则意识到，伽利略变换其实就是牛顿经典时空观的体现，如果承认“真空光速独立于参考系”这一实验事实为基础原理，即可建立一种新的时空观。在这一时空观下，从相对性原理出发即可导出洛伦兹变换。爱因斯坦还发现，速度能改变时空，质量也能改变时空。

  “当爱因斯坦1905年搞出狭义相对论的时候，物理学界不太服气，直到1915年搞出广义相对论之后，物理学界才真正服气，承认这是全新的观点。”与此同时，张朝阳也替洛伦兹感到惋惜：“实际上，如果洛伦兹当年放弃‘以太’假说，他会跟爱因斯坦一样伟大。”

  课程尾声，张朝阳介绍了在狭义相对论的概念里，时间会膨胀，长度会收缩。“如果双胞胎当中的一人，在太空高速运动的飞船里生活10年再回地球，有一定的概率会比自己的兄弟小个5岁。”他说，“我们要更多的理解、更多的案例，下一讲再详细说明。”

  由于涉及到的知识较为繁杂，今天的直播课讲解过程延长了30分钟。与往期相比，少了一些数学推导，但内容的故事性更强，网友们听得有滋有味。

  第十二课讲授“狭义相对论”的诞生过程，也指出科学研究既需要修修补补，更需要勇于颠覆，避免陷入前人的思维困局。这也是做知识直播，鼓励全民通过科普学习，掌握学习技巧，以此来实现个人知识和认知更迭的一个价值体现。

  自11月5日至今，《张朝阳的物理课》已直播十二期。在第一、二课中，张朝阳科普了“力”和“速度”，算出马斯克的飞船和中国空间站每日绕地飞行圈数；第三、四课的内容则和“振动”相关，科普了可见光的基本知识，解释了早中晚的太阳颜色为何不一样，以及蓝色天空的秘密；第五、六课引发了关于音速和温度的大讨论；第七、八、九期则重温经典力学的两朵乌云，带领网友触摸量子力学；第十、十一课则重点回顾黑体辐射曲线亿年前的宇宙；第十二期则尝试进入爱因斯坦的思想世界。

  观察生活现象+解释背后原理+推导演算公式，结合十二期物理课能够准确的看出，《张朝阳的物理课》是从日常现象引入，帮助网友理解现象，提升兴趣，再“透过现象看本质”，解释知识点，推演过程，反过来解决生活中的问题。

  “物理是算出来的，玄乎其玄的科幻概念和实证有区别。”张朝阳认为学习物理并不轻松，但每个人别觉得可能学不会而不去学，恰恰相反，聪明在于过程，看起来枯燥的物理知识，经过分解后再理解，不比生活中的其他事更困难。张朝阳鼓励网友打破思维的边界，科学学习，希望每个人对这样一个世界，充满更多的好奇心与勇气。

  观看直播的网友还发现，通过“直播小白板”，可直观了解学习重点。另有“课代表”将课堂笔记，发布在搜狐新闻客户端“关注流”上，方便查漏补缺。而笔记内容的可追溯性和可分享性，也大大释放了的内容活力和传播价值。

  在后续课程中，张朝阳还将进一步解释生活中常见的物理现象。通过网友最熟悉的话题，深入浅出，解释现象，探寻物质世界的原理。达到专业技术人员认可，普通人能听懂的效果，并借此激发科学学习的热潮。

  1. 凡本网注明“来源：消费日报网” 的全部作品，版权均属于消费日报网。如转载，须注明“来源：消费日报网”。违反上述声明者，本网将追究其有关规定法律责任。

  2. 凡本网注明 “来源：XXX（非消费日报网）” 的作品，均转载自其它媒体，转载目的是传递更加多信息，并不代表本网赞同其观点和对其线. 任何单位或个人觉得消费日报网的内容可能涉嫌侵犯其合法权益，应及时向消费日报网书面反馈，并提供相关证明材料和理由，本网站在收到上述文件并审核后，会采取对应措施。

  4. 消费日报网对于任何包含、经由链接、下载或其它途径所获得的有关本网站的任何内容、信息或广告，不声明或保证其正确性或可靠性。用户自行承担使用本网站的风险。

  5. 基于技术和不可预见的原因而导致的服务中断，或者因用户的非法操作而造成的损失，消费日报网不负责任。