这是你理解相对论的另一种方法

作者: 两颗熟李子分类: 科学科普 发布时间: 2021-11-27 20:34:26 浏览:4338356 次

这是你理解相对论的另一种方法

薯片毁灭者:
1946年的科学家:真是难以想象几十年后的人们会利用计算机做出多么伟大的事情! 2021年的人们用计算机看相对论。(正解) [doge]

【回复】不够疯狂吗?爱因斯坦刚提出的时候,全世界没几个人能懂,现在竟然有人试图让普通百姓也懂![嗑瓜子]
【回复】回复 @幕后黑手阿喜 :不够 比较生产力就知道了 现在世界上的爱因斯坦已经是之前的数十万倍了 以后继续发展 每个人都会是爱因斯坦
【回复】回复 @河城-龙之介 :用生产力的视角考虑科学就两个字荒谬
bilibilixO_o:
我听懂了,谢谢up主。可能有人还是不理解开头的隧道关门实验,就这么说吧,实验做完后,隧道管理员责问火车司机:“做实验的过程中你为什么不同时放烟花?一前一后地放?”,而火车司机反问道:“做实验的时候你为什么不同时关门?一前一后地关?”实际上,在他们各自的坐标系下,他们都是同时做的,但在别人看来不是。

【回复】回复 @kkobo :这等于火车和隧道放在在同一参考系了→_→ 火车和隧道就一样长
【回复】回复 @kkobo :对火车来说,前门先关的,当碰到前门时减速至零长度恢复,同时后门关住,还没放烟花 对隧道来说,前后门同时关住,车在里面被关住,没有烟花 个人理解
【回复】回复 @kkobo :会撞上去,只有这一种结果
光头狗子Official:
开局:他竟然试图教会我 最后:他好像真的教会我了

【回复】双方假设自己是静止的,观察对方的运动。于是时间差就产生了
【回复】回复 @动漫迷稻草人 :不是观察产生的,时间差真实存在,比如导航卫星上的独立原子钟的时间并不能使用,要带入实时运算来匹配和地球上的时间,补时间差。
【回复】如果你第一次看就学会了,那么你没学会。
名字夸张点容易中奖:
其实我们中国大妈早就发现不同参考系下时间流速不同啦[微笑][微笑];“哟,你家孩子都这么大了”

【回复】视频没看懂的很大原因是没有看清牛顿莱布尼茨变换和洛伦兹变换,简单说一下:首先是xt轴,x是距离(一格就是3x10⁸米),t是时间(一格一秒),原点就理解为原地,然后画一个正方形。你站着不动,所以时间流逝时是x=0的直线;对方在运动,所以假设为t=2x的斜线;光一秒跑3x10⁸,所以是t=x的线(这上过初中的就懂吧)。牛莱变换是直接把正方形逆时针旋转,把运动的人的对角线转到t轴上,就可以看到相对运动的人,静止的人的速度。但是问题在于直接转整个正方形导致光的斜率发生变化,光速也变了 。所以洛伦兹变换就是顺着正方形对角线(t=x)压扁整个正方形,一直到t=2x扁到原来x=0的位置,这样光的斜率就不会变,只改变了两个人的斜率,同时由于正方形扁了,原先线上的每一点之间的距离也长了,使时间就变了
【回复】所以天上一天,地上一年到底这种想法怎么得出来的。。。
七娜米:
一脸迷茫的进来,一脸迷茫的出去[微笑]

【回复】看这么多评论给我整不自信了,直到看到你[傲娇]
【回复】看到火车那里 就有一种 谁给我的自信只要可视化就能听懂然后点进来 的感觉
【回复】因为这已经超出人的感知认识了。就像水里的鱼无法想象真空是怎么回事。
Chonaa:
看完这个就理解了吵架: 在你的参考系下你说得对,在我的参考系下我说得对,但如果你非要认为在你参考系下发生的事情,在我的参考系下也能同时发生,那只能产生佯谬了。(参考火车隧道佯谬)

【回复】物理学知识的庸俗哲学化。
【回复】“公说公有理 婆说婆有理”[doge]
【回复】回复 @星海酱哒 :是庸俗化,不是哲学化,哲学是会研究理论观念和经验的,是概括的,但是庸俗化的并非哲学,而是个人的感性认识和认知局限导致的偏差,这与哲学的普遍性和根本性是背道而驰的。
骅骅_Official:
个人尽量客观地评价一下吧。 双非一本大二物理系学生,轻喷 嗯,UP主视频的动画很精美,但感觉对于缺乏前置知识的普通观众不友好。 比如说,必要的“测地线”,“类时曲线”“类空曲线”“类光曲线”“固有时”“闵氏时空”等对理解时空图至关重要的概念没有讲解。那么对于零基础的观众来说可能只能给一个感性的认识,但基本上该不懂的还是不懂。 但瑕不掩瑜。对于已经学习过微分几何与相对论的朋友可以对所学内容有更直观的理解。也是极好的。 UP主还年轻,有前途的。 (感觉像回到三年前看《从零学相对论》那会了(现在忘了好多),梁灿彬老师yyds)

【回复】本人物理专业博一,说真的这个视频讲的非常好,本来相对论去看老爱的论文就是一个光速不变,其实已经把同时的相对性讲的很明白了。全文也没有仔细说boost,这么拉扯坐标轴讲起来漂亮而且易懂。对于这几个例子需要观众有一些基础,但是对你说的这些没什么必要了解,大部分学过物理的人应该都听的很爽。
【回复】额,简单的科普不需要测底线这些啊,关键是这些东西也不是一个视频、放在狭义里就能讲清楚的。毕竟不是课程,搞得太深反而对于想了解的人不太友好
【回复】up主所展示的已经是最简化的相对论解释了,毕竟你不能要求每个人都掌握那些必要的数学工具
忠小叔:
你将会看到:我比物理学家更懂物理 我即使不用做无数次实验我也知道真理,因为我所言即真理 我的思想层面乃人类至高 我即使不懂也可以评头论足 我可以随意否定前无数代人智慧的结晶,因为我的智慧对他们来说是降维打击 [doge]

【回复】我们现在学的的知识对古人确实是降维打击,所以才会有那么多的穿越剧,去古人面前装逼,却没想过,正是因为有以前的人不断地研究,尝试,总结,归纳才会有现在的科学和文化,我们也并不该有那种优越感,每个时代都有局限性。
【回复】我心即真理,文艺复兴属于是[doge]
【回复】回复 @地球ol练习生 :古人尽管知识不如现在的人,但是古代的那些知识分子消化知识的能力也不是一般人能够蔑视的存在。可能刚穿越过去一两年内能靠着基础教育学的一些知识装一装,后面这些基础知识会被他们轻松消化的。 而且很多知识是有着发展历程的,典型的就是数学,穿越回过去,就算有高中乃至高等数学的知识也很难解释的清虚数无理数矩阵(线性代数里的)之类的东西是什么,估计也就吹个方程和0以及无理数了(而且可能冒着被橄榄的风险,西方古代的学术和宗教高度相关,中国好些,但是也有学阀会排斥新学说)。而且古人也有一些技术碾压现在的一般人,比如说机械设计(机械钟就能让至少90%的人懵逼,投石机床弩也一堆人不知道结构)和农学(城市人种地的基本没有)天文学(一般人顶多就科普一下日心说了,预测日食之类的观测活动古人做的也很好了)。 现代人穿越回古代想保持比较长的优势只有在自己之前钻研的特定领域才有可能实现。让一个物理学研究生回到古代估计一辈子那些人也消化不完这些东西。
铃薰:
警告大家不要乱翻评论嗷,这种东西一旦带偏了,观念很难改回来的,评论里就有不少曲解的,不正确的科普是害人的[doge]

【回复】只要不会,就不会被带偏[doge]
【回复】让回形针给整怕了属于是
听雪落无声poq:
使我震惊的是这么多人都能理解相对论,独我懂不了

【回复】其实讲个故事你就懂了。光速很慢,为什么,因为距离足够远,远到我们用望远镜看很远的地方其实是50年前的世界。那边有一对8岁的双胞胎兄弟,一个是耕田的,一个是科学家。我们观测到那个耕田的小兄弟正在耕田其实是50年前的事了,他现在已经58岁了。可是科学家小兄弟太快了,只用了一秒就到了我们面前,还是8岁,但是他的双胞胎兄弟已经58岁了,你迷糊了吗。
【回复】回复 @超越周杰伦 :不对不对,没有这么简单,按照你的理论,科学家在八岁的时候超光速到达地球,那么你所能看到的现象是,有一个八岁的科学家出现在你的面前,8岁的耕田的你是无论如何也观察不到的,因为光线还没到达,就这样过去了50年,你身边的科学家变成了58岁,这时候你才观察到了八岁的耕田小男孩,但是此时耕田的实际上同样58岁
【回复】没有涉及到任何的数学公式,这样的理解只是浮于表面的肤浅理解罢了。不过大家想看的就是这种东西
喵酱花椒面:
来自知乎Everett的回答: 怎样理解光速不变呢?为什么光速不变? 误解来源于语言的不当性。物理学中的很多理解障碍,源于人类提出的问题不恰当、不合理。比如,光的速度是多少?这个问题是不恰当的,因为速度不是一个好的物理量。我们要学会区分物理量的好坏,从而问出有意义的问题。 速度为什么不是好的物理量呢?这跟速度的定义有关。速度是定义为空间对时间的导数。这就隐含了一层意思,就是认为时间是标记物体运动的一个参数,空间坐标是时间的函数,所以我们要了解空间关于时间的变化率,也就是速度。 这种定义明显地把空间和时间放在了不对等的位置上。一个粒子在时空中运动,划过一条世界线。按照狭义相对论的时空观,时空是等价的。粒子不仅在空间方向上运动,也在时间方向上运动。你凭什么要求空间对时间求变化率呢?这就好像你看到一个抛物运动的轨迹以后,问出一个问题:水平位移对垂直位移的变化率是多少?这有意义吗?有意义的问题应该是水平速度和垂直速度分别是多少。水平运动和垂直运动是两个平等的自由度,我们应该分别询问它们关于一个共同参数(比如时间)的变化率,才有意义。 作为类比,在相对论中,时间和空间都变成了平等的自由度,因此我们不能要求一个自由度对另一个自由度求变化率,而是要分别询问,时间和空间关于某个共同参数(比如世界线轨迹)的变化率,这才有意义。所以我们要定义一个有4个分量的速度:它的三个空间分量分别是三个空间坐标对proper time (固有时)的变化率,反映了物体在空间中的运动;还有一个时间分量是时间对 proper time 的变化率,反映了物体在时间方向上的运动。这种速度被称为恰当速度(proper velocity),又称为 velocity 4-vector,它是Lorentz 协变的。我们容易感受到,这样的速度才是好的速度。 这样,我们会发现,即使是一个静止的物体,它其实也在运动。静止的物体沿着时间的方向运动,从过去走向将来,其恰当速度的“大小”(scalar product of velocity 4-vector)正好就是光速。所以从这个意义上说,每一个物体都在时空中以光速运动!光速不是光所特有的,而是一切物体都共有的恰当速度。静止的物体和光的唯一区别就在于,静止的物体把所有的恰当速度都用到了在时间方向上的运动上去了,而光则把恰当速度“平均分配”到时间和空间两个方向上的运动上去。

【回复】那么这下好了,所有的物体在时空中的恰当速度都是一样大的,那么我们怎么比较物体运动的快慢呢?由于恰当速度不能够再用于衡量物体的快慢,我们需要专门针对物体的快慢定义一个新的物理量,叫做快度。 快度定义为:arccosh( v0 / c ), 其中v0 是恰当速度的第四分量,c 是真空光速。也许,我们会觉得很奇怪,为什么快度这么复杂的概念反而是一个好的物理量呢?这与我们看问题的角度有关,在狭义相对论的时空观看来,快度是衡量物体运动快慢最自然的物理量。因为它就是时空转动的转角(如果我们把 Lorentz boost 想象成一种旋转的话),从某种意义上,我们可以认为快度衡量了世界线和时间轴的“夹角”。对于静止的物体,世界线沿时间轴方向,夹角为0,所以快度也为0,故称之为静止。对于光来说,比较奇特一些,因为时空是 Minkowski 空间,所以夹角这件事情不是我们直接用量角器可以量出来的。实际上,按照定义式计算,光的快度是无穷大。 光的快度是无穷大,这说明了两个问题:第一,没有任何物体的快度可以比光更大,所以光是最快的;第二,无穷大加减任何有限的快度,仍然是无穷大,所以光在任何有限快度的参考系中,都是无穷快的,也就是说,光速不变。
【回复】回复 @喵酱花椒面 :以下是我自己关于光速不可被超越的理解:光可以在真空中传播说明光的传播不需要任何介质,光也有波的性质,那么是否可以将光理解为空间的波动。恰当速度又是指物体物体在时间方向上的运动,而物体不论如何运动,始终还是在空间中,物体的运动始终无法超过空间本身的运动,所以物体没有办法超越光速。但是我这种理解很民科,比如说“将光理解为空间的波动”这点完全就是自己想当然,就完全是自己瞎猜。
【回复】大家有什么观点欢迎一起讨论૧(●´৺`●)૭
F2·NO:
笔记。 前言 - 浏览前请先完整看一遍视频,看完了也不要急着发表哲学高论。 - 人类生活在低速宏观世界,无需考虑相对论效应。请不要试图从相对论效应中提炼出任何人生感悟,这样只会显得你像个憨憨。 正文 洛伦兹变换: - 满足线性变换 3:06 - 满足光速不变性 4:13 - 低速下满足等时性 5:03 (并没有列出方程) 关键特点: - 钟慢:5:43 - 尺缩:7:05 火车隧道佯谬:7:27 - 同时性问题 双生子佯谬:8:13 - 不要忽略参考系的变换引发时空变化 - 推论:加速度导致参考系变换,也会引发时空变化 - 广义相对论的基础之一

【回复】不要从相对论提炼出人生感悟太对了
【回复】回复 @贝勒个乱 :确实,很多人都喜欢这样提炼领悟。。。我从小就感觉很扯淡
【回复】回复 @Morcomcat :恰好说反了。 哲学其定义之严谨,逻辑之严密,概念之清晰,和自然科学甚至数学都难分上下。而在本视频里泛滥成灾的,充其量只能称作心灵鸡汤。
Yosuri_:
学相对论的时候一直想不明白双生子问题,从两个人视角看来,明明都是对方更慢,为什么回到地球上哥哥已白发苍苍?原因正如up所说,如果弟弟能够每时每刻观察到地球上的样貌,那么随着飞船的加速,他会看到地球的时间越来越慢,似乎一瞬都可以化为永恒。而当弟弟决定返回地球的时候,如果飞船的性能足以强大到让他在一瞬间就减速到静止并返程,那么他将在飞船减速的几秒内看到地球几十年甚至百年间的风云变化,等他再回到地球上,弟弟也许已经找不回那个自己所熟悉的世界了。 弟弟就没有挽回的余地吗?我想是有的,如果不是弟弟驾驶飞船返回地球,而是哥哥驾驶一座新的飞船去追赶弟弟呢?我们假设两艘飞船可以在高速运动下平稳地对接,兄弟二人见面的那一刻,大概一切都会不一样了。 双生子的问题,大概就是讨论处于两个不同参考系的物体“回归”到另一个物体所处的参考系下造成的结果,无论是弟弟的减速还是哥哥的追赶,弟弟和哥哥速度相同的那一刻,其中一方就“回归”到了另一方的参考系中。只不过无论如何,从他决定出发的那一刻起,一切都无法挽回了。我们剩下能做的,只有互相靠近,让彼此的世界再度交织起来。

【回复】不对了,你的说法还是在空间坐标系上,对接的那一刻只是空间上同步了,太空对接本质上和原来情况下弟弟回到地球没区别。而且要想对接就要哥哥去追弟弟,速度会更快,画在坐标轴上两人仍然有夹角,就是说弟弟反而会老。我觉得唯一办法就是哥哥以同样速度飞行,同样速度返回,兄弟俩差多久出发就差多久回到地球,两人画在坐标轴上就像是偏移曲线一样同步就没问题了,两人回到地球之后时间就同步了
【回复】我记得大学老师说过,这个问题是不能用狭义相对论解释的,因为狭义相对论适用于惯性系,而加速和减速的问题,就需要用广义相对论来解释了。
【回复】回复 @严禁自拍 :学过一点
日本国父麦克阿瑟:
双生子佯谬必须考虑非惯性参考系,也就是广义相对论的效应。之所以会出现佯谬,是因为人们还是按照传统时空观念去认知双生子的“年龄”,而忽略了一个重要的前提,双生子在不同空间位置比较时间是无意义的,所有的实体在时间上的因果测定必须在同一空间坐标点才有意义,地球上看飞船里的人更年轻,飞船上的看地球上的更年轻,两者都是对的,因为不同参考系对时间的测度本来就不同,而要让双生子谁更年轻这一问题得出因果上的结论,那必须让他们再一次处于空间同一点,也就是说飞船必须返航,而一旦返航,飞船的参考系就会因为反向加速而成为一个非惯性系,地球会处在一个在飞船系看来贯穿全宇宙的惯性力-重力等效力场的超高势点,时间流速会远超飞船(光子从等效力场的高势点运动到低势点会获得能量,而能量越大,频率越大,等效于光子产生处的时间整体加速了),完全抵消掉那点非惯性系产生的钟慢效应,等到飞船返航,双生子在同一空间位置比较年龄,会发现两者的视角下都是地球上的人更老,是完全吻合的,不管你的飞船是以什么样的路径怎么样的加减速,最后积分起来,看地球的时间加速,都和地球这个恒定的非惯性系上看飞船的钟慢效应刚刚相等。 并且,一定要记住,一个事件(空间加时间轴上的点),只对它光锥之内的事件集合有因果联系,,它光锥之内的点不论怎么变换参考系,都不会改变时间上的先后顺序,而互在光锥之外的任意两点,总能找到不同的参考系,让它们在时间上的先后顺序不同。这直接证明了超光速的运动是违背因果规律的,假如你现在在地球参考系的视角下超光速运动到月球,那总会有一个参考系,看到的是你先到达月球,然后再从地球出发,这直接违背因果规律,所以不可能发生。

【回复】回复 @看戏大猫猫 :那说明其实他也是不懂的,只有能把知识用平白而准确的话语传播给不知道的人才叫真正的懂得知识,而知识天生就应该被分享,不应该成为优越感来源
【回复】回复 @marvel084 :当然可以,我不是都说了吗,把加减速过程微分成连续变化的惯性参考系,一样可以。就像初中生只知道位移=速度*时间一样可以求解自由落体一样,无外乎是微分的本质。做测地线一样的,和初中生画一个vt图算面积一个道理,哪里需要加速度a这个东西呢?
【回复】学过微分几何就知道用狭义就能解释,无非是测地线最长而已。
K331_2:
那么加速度究竟是什么东西?看到这个变换之后我才想到,这么说来,只要自己速度发生了改变,不相对静止的其他物体就会跳过一段时间。 在以自己为参考系的条件下,说“自己的速度”很怪,自己应该是静止的。跳出参考系本身来理解的话,应该是处于某个场下的时候,别的物体的时间就会被跳过………或许不是跳过,突变是跳过,平滑变化是时间的加减速?非惯性系必然包含着时间本身的非均匀?我希望能够亲手看看非匀速的系下的视角,可惜我不会做这个东西[捂脸]。 这个世界远比我想象中难以理解。

【回复】这个我做了 没有放到视频里
【回复】回复 @两颗熟李子 :催更,你的硬币比点赞多,你必然会成为一颗1a新星。不出一年,必破百万,我说的
【回复】打卡。来自2022年10月8日,你预言成功了,117.3w。[妙啊]
丶梨花落晚风:
好家伙。国考上午场结束的瞬间,有6000+人和我一起学相对论[doge]

【回复】我悟了,宇宙的尽头是编制[doge]
【回复】回复 @BigRich :我们的征途是星辰大海 中当个小公务员[doge]
【回复】只要我不考,我就可以水B站[doge][doge][doge]
帅成海王:
突然醒悟,觉得相对论所有的怪异都来自于存在光速恒定这个怪异。

【回复】本来就是啊,就是因为这一假设所以推证出了其他。你想嘛你和小明比赛跑,你速度为1,他速度为3,他相对于你速度就是2。但是如果你和光赛跑,你速度是1,光速度为c,光相对于你的速度还是c,你跑再快哪怕你跑到0.99c,光相对于你速度还是c,所以事情就开始离谱了[笑哭]
【回复】回复 @我他妈的瞎打的 :你哪怕再快接近光速,在你眼里面,光还是光速,不是常识认为的保持静止[笑哭]
【回复】回复 @我他妈的瞎打的 :对,这就是光速不变😂。他相对于任何人来说都是c,永远快你一个光速[笑哭]
猪猪包qwq:
这个坐标系的方法是我见过的最直观解释狭义相对论的方法。通过一些线性代数的矩阵运算,从坐标系变换中也成功推出了尺缩效应和钟慢效应的公式。关于孪生子佯谬,我只知道加速度会影响在飞船中的观测,这个视频让我第一次了解这个过程具体怎么产生的。这是我见过的最好的相对论科普视频,没有之一。

【回复】回复 @浮影绘梦 :[笑哭]我个人认为,这个图像法理解起来简单多了,任何一个学过线代的非物理系学生都能看懂。很多物理教材上来就是闵可夫斯基空间四维矢量,比这个办法抽象不少,虽然数学上更为严谨。
【回复】但是ct-x图像其实不是很实用,因为太搞脑子了,只能是你有结论用ct-x图像直观阐释
【回复】https://www.bilibili.com/video/BV17J411d7WA?spm_id_from=333.999.0.0 眼见为识的相对论科普做的挺好的,这个视频的第17分40秒也讲了双生子佯谬,可以康康

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