其他物理概念的相对性(1 / 1)

如果用测量时间间隔的方式来测量“空间间隔”,那么测量所用的码尺长度也必将被它的运动影响。我们将不再赘述这些细节。爱因斯坦同样也提议,由于运动的测量杆长度相对于静止的测量杆会发生变化,所以人们只能用“相对特定参考系的长度”来取代“长度”这一说法。

爱因斯坦的假设带来了另一个后果,像“不同位置的两个事件同时发生”这种叙述,也是对特定参考系而言的。芝加哥的某个观察者同时收到了从两个地方发出的信号,而这两个地方离芝加哥的距离相等,因此他可以说两个信号是同时发出的。但是,这样的两个信号在同时发出后,将不能被运动火车上的接收器同时接收。因此,爱因斯坦也建议,“同时”是“相对于特定参考系的同时”。没有修饰词的“同时”只是一种没有实际用处的表达。这同样也是语义学上的进步。

根据连续性定律,牛顿力学必然在粒子运动速度接近光速的情况下失效。爱因斯坦很快发现,他的假设可以肩负起一项重要的任务,即从仅能描述低速运动的定律出发,发展出能够描述所有运动的普适规律。就像上面提到的,如果牛顿定律对高速运动成立,那么一个很小的恒定作用力就能将物体加速直至其速度达到光速,因此,根据爱因斯坦的两个假设,牛顿运动定律应该不适用于高速的运动。

爱因斯坦从低速运动(速度远小于光速)出发,假设有质量的物体的运动应遵从牛顿运动定律。他进而成功推导出了高速运动的物体应满足的定律,其中最主要的结论,也是最让人震惊的事实,即物体的质量也依赖于物体的速度。这与时间间隔和空间间隔对速度的依赖是同样道理的。当运动速度趋向于光速时,物体的质量也变得越来越大,一个恒定的力能给物体的加速度将越来越小。因此,即使用再强的力无限长时间施加于粒子,粒子的速度也无法达到光速。

至于电磁现象领域,爱因斯坦又一次提出,电磁场的强度也是“相对的量”。任何对电场力和磁场力的描述都不能仅包含它的强度,还要包含测量所在的参考系信息。这种必要性很容易理解。当一个电荷在参考系L中静止时,它产生的电场是“相对L”的电场。在L中并没有磁场,因为静止的电荷不会产生磁场。然而,相对于另一个坐标系F时,这个电荷随着L以速度v运动,产生了电流。由于电流引发了磁场,所以相对于F参考系,磁场是存在的。尽管电磁场的存在是物理事实,然而其“相对于L”和“相对于F”的描述是不同的。