說(shuō)到相對(duì)論很多人都不陌生赞哗，但是普通人對(duì)相對(duì)論的認(rèn)知僅僅停留在所謂的超越光速會(huì)讓時(shí)間倒流這樣的觀點(diǎn)上香缺。那么相對(duì)論中各種感覺(jué)上似乎很神奇的現(xiàn)象到底是如何解釋的呢？
今天我就用一種相對(duì)通俗易懂的方式來(lái)幫助大家理解狹義相對(duì)論中的一個(gè)觀點(diǎn)：
超光速會(huì)違反因果律，因此現(xiàn)實(shí)中不存在超光速的信息載體
首先說(shuō)明幾點(diǎn)：
- 討論范圍僅限狹義相對(duì)論
- 超光速并非通常我們理解的一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)速度超過(guò)光速泄隔，而是信息載體的傳遞速度超過(guò)光速。為什么這么說(shuō)呢宛徊，因?yàn)椴话畔⒌奈镔|(zhì)是可以超光速的佛嬉，如影子。之后所說(shuō)的所有物體都指信息載體闸天。
- 所謂相對(duì)通俗易懂的方式暖呕，我的理解是不使用數(shù)學(xué)運(yùn)算來(lái)演算證明。注意苞氮，是相對(duì)湾揽，該方法是物理學(xué)中常會(huì)使用的方法，只是我講的稍微通俗一點(diǎn)，所以還是勞駕您動(dòng)一下腦子库物。
時(shí)空?qǐng)D
首先霸旗，我們引入一個(gè)重要概念叫做時(shí)空?qǐng)D
這個(gè)東西就和我們平時(shí)了解的坐標(biāo)系是一樣的，只不過(guò)他的橫軸代表空間戚揭，縱軸代表時(shí)間诱告。時(shí)空?qǐng)D上的線稱為世界線。粒子在四維時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)軌跡即為世界線民晒。
我們舉個(gè)栗子：現(xiàn)在我在地面上精居，從我的視角觀察一輛汽車從我站的地方向右手邊開(kāi)去，這輛車在時(shí)空?qǐng)D上的世界線就是這樣的镀虐。（因?yàn)闀r(shí)間在流逝箱蟆，距離也在增加對(duì)不對(duì)）
光的世界線
其次，我們說(shuō)明一下刮便，光在時(shí)空?qǐng)D中的世界線是什么樣的空猜。
由于x=vt，我們知道光的速度是非澈藓担快的辈毯，如果我們直接把光速v=300000帶入，這個(gè)圖畫出來(lái)是很難看的搜贤，也不方便其他的計(jì)算和問(wèn)題探討谆沃，因此在這里我們把光速假定為1單位，t與x也是1單位仪芒，這樣一來(lái)唁影，我往右邊射一道光線出去，那么這道光的世界線就是這樣的掂名。（斜率為45度的一條線）
那我再往左邊射一道光線据沈，同理也會(huì)有一條世界線，這兩條世界線構(gòu)成了光錐饺蔑。
關(guān)于光錐我們不繼續(xù)討論锌介，我們只要知道物體運(yùn)動(dòng)速度不會(huì)超過(guò)光速的，因此猾警，所有以這個(gè)慣性坐標(biāo)系為參照對(duì)象的世界線都位于光錐之間孔祸。
注意上面的粗體字是什么意思呢，我們都知道選擇不同參照物觀察到的現(xiàn)象都是不同的发皿，我站在原地崔慧，看到汽車往右邊開(kāi)走；如果以汽車為參照系穴墅，那我就是在往左邊運(yùn)動(dòng)惶室。所以以我為參照物建立慣性坐標(biāo)系的話匣屡，所有我觀測(cè)的物體都不會(huì)超光速。但是當(dāng)以我為參考去觀察別人是如何觀察別人的時(shí)候拇涤，就不一定了。（正所謂你在看風(fēng)景誉结，看風(fēng)景的人在看你）時(shí)空?qǐng)D的作用就是把你看到的風(fēng)景和別人看到的風(fēng)景放在一張圖上比較鹅士。
現(xiàn)在我們來(lái)開(kāi)個(gè)腦洞
假設(shè)有兩輛火車，綠色火車停在原地惩坑，紅色火車從左邊高速通過(guò)掉盅，當(dāng)兩車的中點(diǎn)相遇的瞬間，紅色火車瞬間向左右兩邊放出兩道光線以舒。車頭車尾分別有面鏡子趾痘，光線射到鏡子立馬就射回來(lái)。
好蔓钟，我們先不看整個(gè)系統(tǒng)永票，先看紅色火車，我們以紅色火車為參照物建立坐標(biāo)系滥沫。假如我是紅色火車侣集，我是靜止的對(duì)不對(duì)，綠色火車在朝我駛來(lái)兰绣，當(dāng)它車廂中點(diǎn)經(jīng)過(guò)我的中點(diǎn)世分，我就馬上射=。=因?yàn)楣馑偈遣蛔兊淖罕纾彝瑫r(shí)射出臭埋，那么鏡子反射回來(lái)兩邊的光線一定是同時(shí)到達(dá)中點(diǎn)的對(duì)不對(duì)？
由于我太長(zhǎng)了臀玄，我就取我的車頭和車屁股瓢阴，那這時(shí)候我的世界線是什么樣的呢？就是這兩條紅線對(duì)不對(duì)镐牺？因?yàn)槲沂庆o止的炫掐，所以X不變。光線也是同時(shí)回到了中點(diǎn)睬涧。這都是完全對(duì)稱的募胃。
接著再來(lái)看綠色火車，對(duì)于我來(lái)說(shuō)畦浓，紅色火車在高速向右行駛痹束，所以紅色火車兩端的世界線如圖所示。光速依舊不變讶请，45度直線祷嘶，然后返回屎媳。形成了一個(gè)矩形，對(duì)角線正好是中點(diǎn)的世界線论巍，咱們?nèi)龡l線都是平行的~
這時(shí)候烛谊，看圖，有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題嘉汰，那就是丹禀，向左的光線比向右的光線更早地到達(dá)鏡子？因?yàn)樵诰G色火車看來(lái)鞋怀，兩條光線同時(shí)發(fā)出双泪，右邊的光線需要去追趕車頭的鏡子，所以花的時(shí)間長(zhǎng)密似；左邊的光線追趕鏡子的同時(shí)焙矛，鏡子還在高速向他靠攏，所以花的時(shí)間就短残腌。
前方重點(diǎn)：
可是紅色火車看來(lái)村斟，光線是同時(shí)到達(dá)兩端的呀？這就是相對(duì)論所說(shuō)的抛猫，在一個(gè)坐標(biāo)系看起來(lái)是同時(shí)的運(yùn)動(dòng)在另一個(gè)坐標(biāo)系是不同時(shí)的邓梅。（所以說(shuō)每個(gè)人眼里的世界都是不同的，這在物理上也是成立的）
至此邑滨，一定要記住日缨，你認(rèn)為同時(shí)的事情，別人不一定這么認(rèn)為掖看！**所以改變一下世界觀匣距，我們討論的范圍是狹義相對(duì)論，不要被日常生活中的固有觀念卡住思路哎壳。開(kāi)個(gè)腦洞好嗎毅待。
因此相對(duì)于綠色火車來(lái)說(shuō)，對(duì)于紅色火車光線同一時(shí)間到達(dá)鏡子的點(diǎn)所練成的線归榕，稱為同時(shí)線尸红。其物理意義在于這條線上所有的點(diǎn)對(duì)于紅色火車來(lái)說(shuō)都是同時(shí)發(fā)生的。
同樣的刹泄，這條線在紅色火車坐標(biāo)系下就是這樣的外里。
如果到這里為止都理解了，那么我們就可以來(lái)論證我們的題目了特石。
超光速為什么會(huì)違反因果律
最后一個(gè)腦洞：
假設(shè)A是你盅蝗，B是你的仆人，她為你做飯姆蘸。你們身邊各有一臺(tái)機(jī)器可以在瞬間傳輸食物墩莫。你每天都在想要吃飯還是吃面芙委，一旦你下決定，只要你告訴B狂秦，B就可以瞬間把面或者飯傳送給你灌侣。但問(wèn)題是你怎么告訴B呢？
這時(shí)候我們需要一輛小火車（怎么又是火車裂问。顶瞳。），火車非常地長(zhǎng)愕秫，它從遠(yuǎn)方開(kāi)來(lái)，經(jīng)過(guò)B之后會(huì)再經(jīng)過(guò)A你焰络〈魉Γ火車有一個(gè)特性是一旦車上有任何一個(gè)人獲得一個(gè)信息，這個(gè)信息就會(huì)瞬間傳遍整個(gè)車廂闪彼。
好甜孤，有了這么個(gè)神奇的火車，你就可以用它來(lái)告訴B你要吃什么了畏腕。
有一天缴川，火車開(kāi)來(lái)了，你不斷在想啊想我到底要吃什么描馅，突然把夸，你想到你要吃面了！你立馬和火車上的一個(gè)人說(shuō)铭污，下面給我吃恋日！
下面給我吃...給我吃...吃...這個(gè)信息瞬間傳遍車廂，然后恰巧火車上有個(gè)人F正好經(jīng)過(guò)B嘹狞，于是他對(duì)B說(shuō)岂膳，下面給我吃！
B一聽(tīng)磅网，立馬下了碗面給A瞬間傳送了過(guò)去谈截。
此時(shí)，兩條紅色的世界線就是在當(dāng)時(shí)經(jīng)過(guò)A,B兩點(diǎn)的人的世界線涧偷。先前鋪墊這么多就是為了在這里說(shuō)明簸喂，紅色虛線所表示的是地面坐標(biāo)系下，對(duì)于紅色火車來(lái)說(shuō)的同時(shí)線燎潮，即圖中兩處交點(diǎn)是同一時(shí)刻的娘赴，他的同時(shí)線不是平行于X軸的哦注意。那么當(dāng)B收到信號(hào)后跟啤，瞬間傳送回去诽表，對(duì)于B來(lái)說(shuō)他是地面坐標(biāo)系的唉锌，因此他的同時(shí)線是平行于X軸的黑色虛線。
那么問(wèn)題又來(lái)了竿奏，黑虛線與A線交點(diǎn)的t值竟然比紅虛線與A線交點(diǎn)的t值要來(lái)得小袄简，也就是時(shí)間上更早。說(shuō)明在A決定要吃什么之前泛啸，B就把面給送來(lái)了绿语。這就違反了因果律，因此可以說(shuō)超光速是會(huì)違反因果律的候址。
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