爱因斯坦的思想实验
作者 Areeba Merriam
发表于 2024年10月

阿尔伯特·爱因斯坦(1879-1955)不仅是一位物理学家,还是一位真正的创新者,一位亲手拆掉物理学大厦的人,他对科学的独特态度是由深深的好奇心和想象力所决定的。他敢于质疑宇宙的基本规律,从而改变了我们对现实的理解。

爱因斯坦的思想实验是他用来探索最复杂、最抽象概念的方法,也是他发展相对论的方法中关键的部分。

他不是第一个也不是最后一个在研究中进行思想实验的人,但是,至少在他所处的时代,无人能够比拟他在利用思维来研究实际实验无法触及的领域的能力。

与物理实验不同,思想实验不会产生新的结果,但是它们一定能根据最初的假设推理得出确定的推论。

以下是爱因斯坦一些标志性的思想实验,它们体现了他最具开创性的一些发现。

追逐光束

爱因斯坦在他的传记中写道:

“我在16岁时就已经发现了一个悖论,如果我以速度c(真空中的光速)追逐一束光,我应该观察到这束光是一个静止的电磁场,尽管它在空间上是振荡的。然而,无论是根据经验还是根据麦克斯韦方程组,似乎都没有这样的现象。从一开始,我就凭直觉清楚地看到,从这样一个观察者的角度来判断,一切都必须按照与相对地球静止的观察者相同的规律来进行。那么第一个观察者怎么知道或者说怎么确定自己处于快速匀速运动的状态呢?在这个悖论中,我们看到了狭义相对论的萌芽。”

换句话说,爱因斯坦的思想实验考虑的是以光速和一束光一起运动的情形。他推断,如果这种情况可能存在,光束就会在时间上冻结,这就与麦克斯韦方程组相矛盾。然而,爱因斯坦最终得出结论光速是恒定的,光必须以30万千米每秒的速度传播;而时间,并非光速,必须改变。

对随光束运动的人来说,时钟的转动是正常的。但是,对于光束以外的观察者而言,运动的人的时钟要慢得多,甚至有可能时间完全停止。

本文刊登于《视野》2024年18期
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