文 | 等待爆发的火山
孩子9月开学会学习一门新的课程《物理》,这让我回想起当年学习物理时的枯燥乏味,以及物理老师的严苛和神经质,真是一点乐趣都没有。为了避免孩子重蹈覆辙,培养他对物理以及科学的兴趣,最终取得好的学习成绩,我近期阅读了多本科普类书籍,这不仅让我可以向孩子讲出精彩的科学故事,也大大扩展了我的眼界,甚至改变了我的世界观。
质量
根据爱因斯坦的质速方程,物体的质量不是固定不变的,而是和速度成正比,速度越快,物理的质量越大。当物体的速度为光速时,其质量趋近于无穷大。记得在《三体》中一根头发丝如果被加速到光速,可以摧毁一颗星球,原来背后的理论基础是质速方程。
另一方面,因为光速时物体的质量趋近于无穷大,此时如果要继续让物体加速,就需要无穷大的能量去推动物体,但整个宇宙的能量是有限的,而不是无穷大,所以没有无穷大的能量可以推动光速前进的物体继续加速,因此光速是速度的极限,没有物体的速度能超过光速。
由此可知,凡是描述超光速飞行的小说都可以归类为幻想小说,而不是科幻小说,因为作者的理论基础根本不过关。
能量
我们很早就知道世界是原子构成的,如果把一片面包切为两片,然后切为4片、8片、16片……,如果刀足够小和锋利,可以把面包切为一个个不可分的原子,面包就是由这些原子构成的,世上万物也是由原子构成,这是大家都知道的。如果把所有的原子收集到一起,其质量的总和等于原来一片面包的质量,这也是我们的常识能理解的。
接下来就是很难理解的内容了。科学家说,如果能把原子中的原子核切开,然后继续把原子核中的质子和中子切开,找到组成质子和中子的微粒夸克,会发现所有夸克加在一起的质量,只占质子或中子质量的1%,剩下99%的质量都是由让夸克聚集到一起的能量构成的。
也就是说,一个100KG的男人,他身上只有1KG的质量是由有质量的夸克构成的,剩下的99KG都是让夸克聚合到一起能量。
也就是说,质量可以近似地理解为能量。确实如此,根据爱因斯坦的质能方程“E=MC2“,可以推导出质量的公式为:M=E/C2。
看到这些,我几乎要疯掉了,因为按照质能方程计算,我这个70KG的人蕴藏的能量相当于30颗氢弹(数据来源于《时间的形状》)。如果哪天我一生气来个自爆,完全可以摧毁一个城市。还好科学家说,目前要想完全释放原子内部的能量是不可能的,即使是原子弹,也只是把1%的质量转换为能量。
接下来还有更疯狂的内容,质量到底是什么?科学家说目前他们也没有完全弄清楚。
速度
真空中的光速是一个宇宙常数,是无法被超越的。
如果你在一列光速列车上向前奔跑,速度也是光速,不会超过光速。我的理解是,在光速列车上也许你根本无法前进,因为没有足够大的能量让你加速,你根本迈不动步。(这个理解有可能是错误的)
但如果在光速列车上你打开手电筒向前照射,不知道电筒光能否射出。我的理解是,能射出,但速度仍为光速,因为光子没有质量,它前进的速度是恒定的,不需要能量让它加速。(PS:根据质速方程,没有物体能被加速到光速,因为关于光速列车的假设是错误的,只能假设为接近光速的列车)
而且因为光速时一个宇宙常数,这意味着光速对于任何参照物,它的速度都是一样的。
到这里,我对速度的理解也混乱了。
时间
根据爱因斯坦的广义相对论,时间也不是固定,时间是可以弯曲的,时间是随速度变化的。速度越快、时间越慢。当速度为光速时,时间为”0“,也就是说,时间停止了。
换句话说,如果我能在一列光速列车上生活,那我就能永生。
另外,时间对于每个人来说都是不一样的!
狭义相对论说:速度影响时间,速度越快,时间越慢。
广义相对论说:引力影响时间,引力越大,时间越慢。
也就是说,住在山上人的时间走得比山下人的时间慢,坐在火箭上人的时间比地球上静止不动的人的时间慢。
现在我的整个世界观都混乱了,什么是质量?什么是速度?什么是时间?我们是不是一段上帝编好的代码,所有的质量、时间其实都是不存在的,都是我们的感觉而已。
算了,这些问题还是留给孩子好了,让他感兴趣就好。
最后强烈推荐以下书籍,它们能带你走进一个神奇的世界。
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