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  2018年08月《小康》上旬刊
  栏目:专栏
不只是讲给孩子的相对论

★文 /李淼

  物理学家用实验证明粒子的寿命确实变长了,从而验证了相对论的正确性。爱因斯坦在提出狭义相对论之后不久,发现了彻底改变人类世界观的事实,他发现了什么呢?
  
  从去年二月到今年三月,我陆续出版了三本给孩子讲物理系列,分别是《给孩子讲量子力学》《给孩子讲宇宙》和《给孩子讲相对论》。其实,我已经将这个系列的第四本《给孩子讲时间简史》交给出版商,目前相应的出版社正在审稿。我从来没有在《小康》的“讲点物理”专栏中提过这个系列,这一次,算是打一个广告。
  可能会有读者问,你为什么要在这个以成年人为主要读者群体的专栏中提给孩子讲物理系列,理由很简单,这套书既是写给孩子的,也是写给成年人的。不信,我现在将这本书最后一讲中的一小部分稍微改写一下,看看大家是否觉得有意思。
  在相对论中,爱因斯坦假设光速是不变的。什么意思呢?就是无论在地球上,还是在一个宇宙飞船里,如果你测量光速,结果都是一样的,大约是每秒三十万千米。在爱因斯坦1905年的那篇著名论文中,他推导了光速不变这个假设的几乎全部物理推论。一个推论就是运动的钟变慢了,不仅是钟变慢了,所有运动着的事物都变慢了,比如一个人的成长。那么,物理学家是怎么证实这个令人震惊的结论的呢?我们自己想一想,找什么样的东西来做实验最好?当然是接近光速运动的物体。物理学家发现,很多来自宇宙深处的基本粒子的速度跟光速相差不大。
  在宇宙中,除了组成分子原子的电子和原子核,还有很多粒子,物理学家管它们叫基本粒子,因为它们像电子和原子核一样,都非常非常小。在地球上存在的粒子之外,最早被发现的基本粒子叫谬子,谬是一个希腊字母的发音。这个粒子非常像电子,只是它比电子重了大约两百倍。另外一个和电子不同的是,它寿命很短很短,只有五十万分之一秒。现在,我们可以验证相对论了,因为谬子的五十万分之一秒是它静止不动时的寿命。聪明的读者马上会说,让它以接近光速的速度运动,它的寿命就会变长,因为运动起来的时钟会变慢,看上去就像慢动作,那么,一个粒子的寿命也是以“慢动作”来展示的。
  假如,我们想将谬子的寿命变成一秒钟,让我们能够看到它,它的速度需要多大呢?谬子的速度只比光速慢了每秒五分之三毫米,想想看,光的速度是每秒三十万公里,这个差别实在太小了。快速奔跑中的谬子可以存活一秒钟,那么,它就可以跑差不多三十万公里,科学家可以很容易看到它。
  物理学家用实验证明了粒子的寿命确实变长了,从而验证了相对论的正确性。爱因斯坦在提出狭义相对论之后不久,发现了一个特别重要的事实。他说,任何质量都等价于能量。比方说,我们会觉得一块冰里面没有什么能量,相反,它会吸收能量。但是爱因斯坦告诉我们,一块冰里面含有巨大的能量。
  爱因斯坦的这个发现,就是后来人们津津乐道的质量与能量的关系,简称质能关系,它说的是:一个物质蕴含的不可见的能量等于质量乘以光速的平方!因为光速是一个巨大的数字,因此任何一块拿在手里的物质里面都蕴藏着巨大的能量。比方说,我们只需要将百分之三克的物质完全转化为能量,就能将一艘航天飞机送到三万六千公里高的轨道。
  以上我只是改写了《给孩子讲相对论》里的一小部分,希望这一小部分能够让你觉得这本书对成年人来说也是既有趣又易懂的。最后,我给大家透露一下给孩子讲物理系列第四本书的主要内容:我谈了人类对时间的认识,以及宇宙的起源,当然,我还提到了宇宙中各种粒子和天体的寿命。
  好了,广告做完了。
  
  
《小康》2018年08期上

 
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来源:小康杂志
发布时间:2018-11-22


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