相對論有看沒有懂問題一大堆快來救我！！

[DUST 10]

:p

最近因為某種奇怪的理由開始學天文物理，雖然我高中時是唸三類，但物理幾乎都是完全放掉，大學唸的還是一類科系，可以說我從國中畢業之後就沒有看過物理一眼。在這個前提下我要唸天文物理，勢必得找科普書來看，但目前買的科普書很多細節我都沒看懂（不過一方面也可能是沒看完，同時看好幾本互相對照），所以我來這裡請益了，煩請各位大師開釋。

先提一下我目前對光性質的理解：

1、光速恆定為每秒約30萬公里，光束不因光源（比方說手電筒）前進加速或後退加速而有所改變，也就是說，把光源加速到跟光束一樣快，觀測者所看見的是「光束沒有從光源射出來」。

2、當我從地球往外太空射出一道光束（光源在地球上），搭上可以加速到超越光速好幾倍的火箭，與該光束同時出發，因為火箭加速需要一些時間，所以起始速度比光慢，在一開始光已經往前超越了很遠。接著我的火箭不斷加速，但我卻發現，那道光束從火箭上觀測，它一直比我快30萬公里的秒速，不管我怎麼加速，那道光束相對於我（火箭）都維持著每秒30萬公里，因此，我完全不可能追上它，就好像「我變快，它也跟著變快」。愛因斯坦所謂的「永遠追不上光」，就是指這個意思嗎？

3、根據上面的2，我再重新考慮1的另一種情況：雖然我讓光源加速到光速後，我看到的是光沒出來，但若我這個觀測者開始往光射去的方向移動，光束卻又會出現了。比方說我開始以每秒10萬公里的速度往光束射去的方向移動，那麼原本跟光速相同速度的光源（比方說手電筒）在我看來就變成只有每秒20萬公里，但它所射出的光，相對於我還是有每秒30萬公里的速度，所以我會看見光束比光源快每秒10公里的速度在前進。換句話說，同樣的東西，在1裡我會看不見光，但在3這裡我卻看見了，而且似乎只要我「動一下」就能看到射出來，然後我若又停住的話，光束就會縮回去（還是就停在那裡？凍結的光波？）。

4、思想實驗：把車廂加速到比光快兩倍，車箱裡的人用破壞死光（請想像成是一種可以殺人的光束）從車尾對自己發射，那個人在車箱裡瞬間就死了，但車廂外的人（靜止站在月台上）卻看到（假設他就是有能力不移動的情況下看到）車廂遠遠把破壞死光甩開，光束越追越倒退，根本碰不到人。那麼，車廂外的人看到車廂裡的人是活著的還是死的？

5、所謂的「追不上光」，是否是僅當觀測者為追逐者才是這樣（例如2的情況，我在火箭上）？若我在地面上（處在相對靜止的位置），其實我可以看見超過光速的火箭會追上光束？或者說，這還會牽涉到「我們無法觀測到所謂的”超光速”現象」？我們可能最多只能看見它（超光速的物體）跟光一樣快，因為眼睛觀測的視覺傳遞以光為對象，是這樣嗎？

我想知道以上我對光的理解有沒有哪裡錯誤？然後正確的情況是什麼？

接著，我想再問，關於時間的問題：

根據愛因斯坦，當兩個人分別在光速火箭跟陸地（靜止）上，火箭上的時間就陸地上的人來看會過得比較慢；換句話說，就是光速移動的人去漫遊宇宙回來，地球已經過了百餘年，而漫遊者還是青春的十六歲。

但根據牛頓，運動是相對的，誰都能說自己是靜止方，我在火箭上一樣能說我是靜止的、然後其實地球才是在高速移動；這樣一來，結果就會相反，火箭上的人會老，高速移動的地球的人還很年輕。何解？

如果愛因斯坦是對的，那意味著我們有可能觀測出宇宙的靜止狀態，運動不完全是相對的。是嗎？

然後不要用數學物理式子解釋，我一定看不懂。;-)

麻煩各為了！肛溫！！

[司馬特 12]

以我的理解來看:

1.光速確實是個定值,但是就算光源以光速前進,觀察者依然可以看到光,光源發出的光線與光源的運動情形無關.

2.加速到光速是不可能的,更何況超越光速,所以本來就追不上.就算能一直以光速前進(沒有加速度的問題),還是追不上光速,因為光速還是定值.愛因斯坦指的是"永遠無法加速到光速".

3.相對論裡速度不能直接相加,觀察者與光源的相對速度絕對小於光速,只是在速度不大的時候會很接近直接相加的值.

4.在2.中提到"永遠不可能超過光速",超越光速的世界是無法理解的,但是可以假設車廂以很接近光速前進,在車內很好理解,但是在車外會發生"長度收縮"的狀況,所以車廂兩端的距離變短,光速不變,當然還是被擊中,所以無庸置疑是死的.

5.我們的確無法觀測到所謂的”超光速”現象,與觀察者的立場無關,我們也沒辦法看到光速的火箭,因為"長度收縮",所以長度會=0,但是很接近光速的火箭是看的見的.

關於時間的問題:

要知道火箭上的人和地球上的人誰的時間快,就一定要有訊息的傳遞,但是從太空船上發出的訊息會跟地球的訊息同步(因為是用光傳遞),所以只能親自回地球確認,因此太空船一定要折返,在折返的時候太空船上的人可以很明顯的感受到加速度,這時太空船上的人就不會覺得自己是靜止的,所以可以知道太空船上的人比較年輕.

如果不折返,沒有加速度的過程,我們就永遠無法知道誰比較老,誰比較年輕.

愛因斯坦依然是對的XD

此內容已被編輯, November 14, 2011 ,由 司馬特

[DUST 10]

以我的理解來看:

1.光速確實是個定值,但是就算光源以光速前進,觀察者依然可以看到光,光源發出的光線與光源的運動情形無關.

2.加速到光速是不可能的,更何況超越光速,所以本來就追不上.就算能一直以光速前進(沒有加速度的問題),還是追不上光速,因為光速還是定值.愛因斯坦指的是"永遠無法加速到光速".

3.相對論裡速度不能直接相加,觀察者與光源的相對速度絕對小於光速,只是在速度不大的時候會很接近直接相加的值.

4.在2.中提到"永遠不可能超過光速",超越光速的世界是無法理解的,但是可以假設車廂以很接近光速前進,在車內很好理解,但是在車外會發生"長度收縮"的狀況,所以車廂兩端的距離變短,光速不變,當然還是被擊中,所以無庸置疑是死的.

5.我們的確無法觀測到所謂的”超光速”現象,與觀察者的立場無關,我們也沒辦法看到光速的火箭,因為"長度收縮",所以長度會=0,但是很接近光速的火箭是看的見的.

關於時間的問題:

要知道火箭上的人和地球上的人誰的時間快,就一定要有訊息的傳遞,但是從太空船上發出的訊息會跟地球的訊息同步(因為是用光傳遞),所以只能親自回地球確認,因此太空船一定要折返,在折返的時候太空船上的人可以很明顯的感受到加速度,這時太空船上的人就不會覺得自己是靜止的,所以可以知道太空船上的人比較年輕.

如果不折返,沒有加速度的過程,我們就永遠無法知道誰比較老,誰比較年輕.

愛因斯坦依然是對的XD

1、WHY？你是說光束依然會射出來嗎？如果射出來，那射出來的光束的速度，就比手電筒前進的速度（每秒三十萬公里）快了耶，光超越光速？我不知道觀測者是否在這種情況下還能「看見」光，也許停在起點也是亮的？我主要會想問的是，它是不是不會從光源（手電筒）射出光束來。

2、為什麼加速到每秒三十萬公里是不可能的？

3、比起結論，我想理解的是過程推論，所以我看不懂。:P

4、長度收縮是一種觀察者的視覺錯覺嗎（可能跟視覺以吸收光線成像有關）？還是物理上真的被擠壓？原理是什麼？

5、同上。

關於時間的部分：

雖然看不大懂，但是不是同理，若要作確認，那麼我反過來讓地球加速度靠近火箭，會變成火箭上的人比較老？（把地球加速這樣說好像有點誇張，不然也可以改成原本跟地球同步運轉的太空站，太空站加速去靠近火箭這樣。）

[司馬特 12]

1、WHY？你是說光束依然會射出來嗎？如果射出來，那射出來的光束的速度，就比手電筒前進的速度（每秒三十萬公里）快了耶，光超越光速？我不知道觀測者是否在這種情況下還能「看見」光，也許停在起點也是亮的？我主要會想問的是，它是不是不會從光源（手電筒）射出光束來。

2、為什麼加速到每秒三十萬公里是不可能的？

3、比起結論，我想理解的是過程推論，所以我看不懂。:P

4、長度收縮是一種觀察者的視覺錯覺嗎（可能跟視覺以吸收光線成像有關）？還是物理上真的被擠壓？原理是什麼？

5、同上。

關於時間的部分：

雖然看不大懂，但是不是同理，若要作確認，那麼我反過來讓地球加速度靠近火箭，會變成火箭上的人比較老？（把地球加速這樣說好像有點誇張，不然也可以改成原本跟地球同步運轉的太空站，太空站加速去靠近火箭這樣。）

不用數學物理式子很難解釋相對論的現象,有很多現象都違反直觀

1.解釋要從勞倫茲轉換推論,最後會得到相對速度V=( u + v ) / (1 + uv / c^2).u和v是靜止觀察者觀察到的物體速度,將觀察者與光源的速度v與觀察者與光線的相對速度u都用c帶入,可以得到光源與光線的相對速度V=c,所以並沒有超過光速,觀察者觀察到的是光線和光源一起跑.

2.同樣是從勞倫茲轉換得到的結論,當速度接近光速時,物體的質量會變大,當速度很接近光速時質量會很接近無限大,所以要再讓他加速需要接近無限大的能量,因此不可能加速到光速.

3.用1.的式子帶入即可,推導過程略為複雜,所以就不說了.

4.長度收縮不是錯覺,是真的會變短,我只知道是由實驗測得,原理就不清楚了.

5.同上.

時間的部分倒是沒說錯.

[DUST 10]

不用數學物理式子很難解釋相對論的現象,有很多現象都違反直觀

1.解釋要從勞倫茲轉換推論,最後會得到相對速度V=( u + v ) / (1 + uv / c^2).u和v是靜止觀察者觀察到的物體速度,將觀察者與光源的速度v與觀察者與光線的相對速度u都用c帶入,可以得到光源與光線的相對速度V=c,所以並沒有超過光速,觀察者觀察到的是光線和光源一起跑.

2.同樣是從勞倫茲轉換得到的結論,當速度接近光速時,物體的質量會變大,當速度很接近光速時質量會很接近無限大,所以要再讓他加速需要接近無限大的能量,因此不可能加速到光速.

3.用1.的式子帶入即可,推導過程略為複雜,所以就不說了.

4.長度收縮不是錯覺,是真的會變短,我只知道是由實驗測得,原理就不清楚了.

5.同上.

時間的部分倒是沒說錯.

時間的部分，把火箭跟人送出去，而回來的時候，單單是地球加速靠近火箭，或者火箭加速靠近地球，就會有完全相反的結果？^o)

[Auron 10]

時間的部分，把火箭跟人送出去，而回來的時候，單單是地球加速靠近火箭，或者火箭加速靠近地球，就會有完全相反的結果？^o)

但可以分辨得出誰在加速，因為有力

[trausing 11]

建議你真的想學的話去看台大開放式課程的廣義相對論，我想大部分問題都能解決

這樣比較好問問題，別人也比較好回答

裏頭用到的數學很少，講得很慢很清楚。

科普書是種很奇妙的東西，我覺得除了科學人之外

真的要讀物理不如直接去讀課本比較省時。

至於孿生問題的解答是要起飛時有加速度，非慣性

你倒是可以隨便想就想出超光速的東西

譬如說你拿一個光打一個物體，光線一動

你會看到很遠很遠地方會看到的"影子"以超光速的速度跑

又如果你有一把無限長的剪刀，你只要稍微喀擦一下，剪刀的尖端就會以超光速移動

哪裡合理，哪裡不合理，你可以想看看

但如果是從科普書找答案我想只會得到死背的知識罷了

至於你說的光速恆定也是錯的

如果你打一到單頻光打到介質，而這介質的折射率<1

此時光速會比"真空"中的光速還快。

此內容已被編輯, November 15, 2011 ,由 trausing

[Nevar 10]

是有聽過折射率是負的物體，但有折射率小於1的東西嗎?

真的有超光速的"東西"嗎?影子的案例中，影子並不會超光速，因為形成影子的光並不會立刻從光源跑到屏幕，所以假如有物體在光源附近移動一公尺用了一秒鐘，在遙遠的影子可能走了60萬公哩，但花了兩秒多鐘。(以上是直覺猜測，沒有嚴謹推算)

至於剪刀，因為你的剪刀很長，當尖端加速到很快的時候，會變很重，所以你需要施無限大的力，所以同樣不會超光速。

[DUST 10]

建議你真的想學的話去看台大開放式課程的廣義相對論，我想大部分問題都能解決

這樣比較好問問題，別人也比較好回答

裏頭用到的數學很少，講得很慢很清楚。

科普書是種很奇妙的東西，我覺得除了科學人之外

真的要讀物理不如直接去讀課本比較省時。

至於孿生問題的解答是要起飛時有加速度，非慣性

你倒是可以隨便想就想出超光速的東西

譬如說你拿一個光打一個物體，光線一動

你會看到很遠很遠地方會看到的"影子"以超光速的速度跑

又如果你有一把無限長的剪刀，你只要稍微喀擦一下，剪刀的尖端就會以超光速移動

哪裡合理，哪裡不合理，你可以想看看

但如果是從科普書找答案我想只會得到死背的知識罷了

至於你說的光速恆定也是錯的

如果你打一到單頻光打到介質，而這介質的折射率<1

此時光速會比"真空"中的光速還快。

我科學人跟科普書都看不少，不覺得這兩者之間有什麼差異耶。

然後教科書根本不適合外行人啊，在目的讀懂什麼東西之前，需要考慮的應該是能不能理解教科書語言，我認為這不是一種「讀科普那到不如讀教科書」的選擇，而應該是「科普作為一個觸媒，教科書可以繼續深入」，這樣比較合乎一般理解吧？

我對科普書的理解都是作為興趣入門之用（作者的動機也是如此），用「只能學到死背知識」對其評價感覺太超過，你真的這麼想嗎？

然後你的理論說明真的是在說明嗎？我完全看不懂耶，還是你只是提供關鍵字讓我去查而已？^o)

[trausing 11]

我科學人跟科普書都看不少，不覺得這兩者之間有什麼差異耶。

然後教科書根本不適合外行人啊，在目的讀懂什麼東西之前，需要考慮的應該是能不能理解教科書語言，我認為這不是一種「讀科普那到不如讀教科書」的選擇，而應該是「科普作為一個觸媒，教科書可以繼續深入」，這樣比較合乎一般理解吧？

我對科普書的理解都是作為興趣入門之用（作者的動機也是如此），用「只能學到死背知識」對其評價感覺太超過，你真的這麼想嗎？

然後你的理論說明真的是在說明嗎？我完全看不懂耶，還是你只是提供關鍵字讓我去查而已？^o)

我科學人跟科普書都看不少，不覺得這兩者之間有什麼差異耶。

然後教科書根本不適合外行人啊，在目的讀懂什麼東西之前，需要考慮的應該是能不能理解教科書語言，我認為這不是一種「讀科普那到不如讀教科書」的選擇，而應該是「科普作為一個觸媒，教科書可以繼續深入」，這樣比較合乎一般理解吧？

我對科普書的理解都是作為興趣入門之用（作者的動機也是如此），用「只能學到死背知識」對其評價感覺太超過，你真的這麼想嗎？

然後你的理論說明真的是在說明嗎？我完全看不懂耶，還是你只是提供關鍵字讓我去查而已？^o)

其實也要看書啦...

我覺得"物理系"畢業的寫的會比較好

科普書我個人認為比較是適合引發興趣這樣

我自己是之前看了一些科普書後，覺得繞半天不知道繞到哪去

科普書通常很少數學

而教科書在擁有最基本數學、物理的語言後便能迅速把這觀念上手。

不過也要看想要了解多深入就是了，只是想茶餘飯後當興趣的話我是覺得無訪

死背這一詞可能用的不太好，是想表達很多時候物理概念是要親自去推倒，搞清楚他的來龍去脈才算理解

而科普書常常直接跳到結論。

至於我其他打的，只是無聊聊聊罷了xd

此內容已被編輯, November 16, 2011 ,由 trausing

[DUST 10]

關於時間問題，我看了一些孿生子弔詭的資料，算是弄懂了，大致理解如下：

孿生子弔詭主張：

從地球出去的火箭，到底是地球上的人會比較年輕還是火箭上的人會比較年輕是無法確定的，因為運動是相對的，兩方都可以說自己是靜止方（移動速率低、時間過較快）、對方是移動方（移動速率高、時間過較慢）。

愛因斯坦論者對孿生子弔詭的回應：

因為火箭是加速出去的，地球上的我們不會感受到加速度變化，火箭上的人會，所以火箭上的人其實是比較快的那邊，時間會膨脹。

不過我想了一個實驗，覺得加速度的問題也許沒這麼單純？下收：

想像三道直線的同方向運動A、B、C。A是相對靜止的，而B跟C用一樣的速度並列前進，就好像月台上看的人是A，然後軌道上有B、C兩列火車同速並行。

在火車出發前，A、B、C各擁有一個校正等時的原子鐘，B、C出發後，根據愛因斯坦，B跟C的原子鐘的行進，從靜止的A來看是會變慢的，A過了2秒，B跟C才過了1秒。

根據一般對孿生子弔詭的回應來看，若B的速度做了改變，那對C來說，B的時間一定會變得比C慢，換成火箭的例子就是，B跟C本來是在地球上靜止的兩個鐘（這跟火車一樣，你可以想像火車的移動就是地球自轉），然後B被裝上火箭射出去星際旅行。

火箭回來之後B鐘過的時間比C鐘少，「不管它怎麼射」都一樣，因為B做了加速，相對於C來說速率較高；速率相對高，則時間過得慢。

但是，再回到月台跟兩列火車的例子，只要火車B作減速剎車（對C來說，B也是一種脫離C的加速度，就跟火箭射出地球一樣；或者你想像火車B不是作煞車，而是做往後跑的加速），根據前面的說法，B的時間應該會開始比C慢，也就是B火車上的人老得比較慢，而C火車上的人老得比較快的意思。

但是這件事從A來看，減速（往反方向加速）的B反而是應該逐漸恢復時間的速度，因為相對速度減低了，B上的人的老化狀況會慢慢加強、時間跑得應該越來越快，而C上的人還是老得跟原本一樣慢。換句話說，把三胞胎拿去做這種加速實驗，最靜止的A老化的最快，再來是途中減速的B，最年輕的是C，但若從愛因斯坦論者對孿生子弔詭的回應來看，只考慮B跟C，會有不同的結果。

那麼，這是我對「孿生子弔詭的回應」理解錯誤、掌握得不夠仔細？還是有什麼新的、該考慮的東西我遺漏掉了？還是我真的想到了新的問題？

此內容已被編輯, November 22, 2011 ,由 DUST
弄錯一個代號、增加語句描述

[react 10]

因為加上相對論後, 三個人的時間不能同時比較.火車B作減速剎車時,

C看到B的時間變慢,

A看到B的時間變快,

兩句可同時成立, 即便A的時間己經是最慢的XD

另一個有關的相對論效應是：

A座標中看到"同時"發生的事情, 換到速度不一樣的B座標, 就可能不是同時發生的了