物理中的时光倒流,长生不老
物理里的时光倒流
科学家们曾一度研究存在超越光速的可能性,幻想着有一天能够造出超光速运动的火箭来。这样,人们只要乘上这种火箭,就可以追上地球上发出的光信号,从而看到地球上过去发生的事情。这意味着在超光速的条件下时间将会倒流,人们将先过明天,再过今天,然后再过昨天。或者说,一个人先为老翁,再当青年、少年,再变成婴儿。这种现象对于生活在我们这个物理世界中的人是难以想象的。
大家知道,如果在以声速飞行的喷气式战斗机上发射一枚导弹,它相对于这架飞机的速度也相当于声速,那么,在地面上的人看来,这枚导弹将以两倍于声速的速度向前飞行。这是根据经典物理学速度合成公式得出的结论。但是,如果在以光速飞行的火箭上发射一束光,那么,这束光对于地球上的观察者来说,是否会以两倍的光速向前传播呢?这个问题曾一度使科学家大伤脑筋。直到上个世纪末,美国科学家迈克尔孙和莫雷合作进行了一个著名的实验,才使这个问题有了基本明确的答案。他们证实了这样一个重要结论:光在真空中的速度永远不变,不管在什么观察系统里测量它,也不管发射光束的光源是否在运动都一样。这说明光速是我们目前所知的自然界速度的“绝对冠军”,是运动速度的极限。因此,时间永远也不会倒流。
爱因斯坦就是在这个光速不变原理的基础上,并辅之以运动相对性原理,从而创立了狭义相对论,开创了物理学的新纪元。
物理里的长生不老
多少年来,人们一直在寻找一股神奇的泉水。据说喝了这种泉水,人可以长生不老,永保青春。但是,无论是至高无上的皇帝还是修炼有术的道士,都没有实现这一愿望。到了科学日渐发达的19世纪,希望似乎已经破灭了。
20世纪,这个秘密却意外地在相对论中被发现了。它与吃、喝以及呼吸完全没有关系,通向青春之泉的路就是快速地行走。爱因斯坦认为,这种行走的速度要接近光的速度!为了说明其中的奥秘,他讲了这样一个故事:在未来的某一个时间,有一对20岁的双生子,参与了一项宇宙航行计划。双生子中的一人乘宇宙飞船到非常遥远的地方去旅行,并以每秒29万公里的速度飞行;另一人留在基地进行观察。50年以后,留在基地的人变成了一个弯腰弓背、白发苍苍的老人,当他去迎接回基地的兄弟时,发现弟弟还是一个30多岁的年轻人!这就是说,虽然地面上的时间已经过去了50年,但对弟弟来说,却只是过去了十几年!
狭义相对论向人们表明,在高速运动中钟表将放慢脚步。其实,人体本身就是一只活的钟表,当人以接近光的速度运动时,心脏会跳得很慢,其他生理过程也放慢节奏,也许消化一顿饭的食物要经过一年时间,两顿饭之间要经过若干年时间。由于生理过程速度减小,年龄增长就慢得多了。因此,在狭义相对论的数学方程式中,存在着人们梦寐以求的青春之泉。
羽绒服和电风扇
看到这个题目,你一定觉得很奇怪吧,羽绒服是保暖的,电风扇是散热的,这二者有什么联系呢?可是,如果你知道羽绒服是如何保暖的,电风扇又是如何散热的,你就知道它们有什么联系了。那么为什么羽绒服会保暖,电风扇会散热呢?
在寒冷的冬季,大家都穿上了棉衣或者羽绒服,目的就是为了防寒保暖。可是,你要是以为是棉衣和羽绒服把热量给了人体,那就错了。我们可以用冰棍做个实验,在棉被里包一根冰棍,另外拿一根冰棍放在盘子里,等盘子里的冰棍融化以后,再打开棉被,你会发现棉被里的冰棍没有融化。这说明,棉被不但没有给冰棍加热,还防止了外面的热景传给冰棍哩!那么,人穿上棉衣为什么会感到暖和呢?我们知道,人体的正常温度是37℃左右,如果外界温度低于人体的体温,人体就要向外散热,热量散失多了,人就会感觉到寒冷。冬天,为了防止人体热量过多地散失,就得找一些传热慢的物质,把人体包裹起来。经过实践,人们了解到,棉花、羊毛和羽毛等,都是很难传热的物质,它们蓬蓬松松,纤维之间有数不清的空隙,装着大量的空气。静止的空气传热是很慢的,用这些东西做成服装穿上以后,能防止人体热量过多地散失,所以人就感到暖和了。
在炎热的夏季,吹吹电风扇,就会感觉凉快一些,这是为什么?难道电风扇能降低温度?可当电风扇转着的时候,你看看温度计,会发现温度并没有降低。即使把温度计放到电风扇前去吹,温度也不会变化。那么,为什么我们在吹电风扇的时候,会感到凉快呢? 原来,我们的身体在夏季,还是要散发热量和水分的,这些水分在蒸发的时候,会带走身体的一部分热量,这时我们就感到凉快。在冬季,人们怕热量散失,所以要穿羽绒服。而在夏季,吹电风扇,一方面是为了加快空气的流通,赶走罩在身体附近的热空气,让周围的冷空气过来补充;另一方面是为了使身体的水分蒸发加快,因为蒸发越快,身体散失的热量也越多,也就感到凉快。
可见,穿羽绒服和吹电风扇,虽然目的是相反的,但是原理却是相同的。