内容摘要:在火车思想实验中,爱因斯坦设想,有一列很长的火车,正在以一恒定的速度v沿着一直线轨道行驶。但在以火车为参照物的坐标系中,人们将看到一番完全不同的景象:因为火车正在以速度v向前行驶,即当光线L1和L2发出时,火车上的A、B、M和铁轨上的A’、B’、M’三点重合,而当光线发出并向前传播时,火车的中间点M同时正在以速度v远离A’,向着B’点运动。为了克服狭义相对论的不足,将狭义相对论推广到具有加速度的非惯性系中,爱因斯坦运用了电梯思想实验为人们打开思路。电梯外的观察者以地球作为参考系,他会发现:手帕、表和电梯连同它的天花板、四壁、地面以及里面的实验者等,都以同样的加速度下落。
关键词:爱因斯坦;思想实验;电梯;火车;惯性系;纠缠;加速度;铁轨;参照物;光线到达
作者简介:
【核心提示】狭义相对论是以四维平直空间中的匀速直线运动为考察对象的,适用于一切惯性系,但无法说明非惯性系中的运动现象。为了克服狭义相对论的不足,将狭义相对论推广到具有加速度的非惯性系中,爱因斯坦运用了电梯思想实验为人们打开思路。

作为科学史上最伟大的科学家之一,爱因斯坦一生中取得了巨大成就。在他深邃的科学思想中,思想实验所发挥的作用无可替代。
追光思想实验:
相对论思想的萌芽
据爱因斯坦回忆,在他16岁时,就曾在头脑中设想过一个追光实验:“如果我以速度c(真空中的光速)追随一条光线运动,那么我就应当看到,这样一条光线就好像一个在空间中震荡着而停滞不前的电磁场。”在经典物理学理论体系中,这是一个悖论现象。因为无论是牛顿的经典力学理论,还是麦克斯韦方程,都不允许这样一个在空间中震荡,却又处于停滞状态而不前行的电磁场存在。事实上,悖论现象的产生根源于牛顿的绝对时空观。爱因斯坦指出,“只要时间的绝对性或同时性的绝对性这条公理不知不觉地留在潜意识里,那么任何想要令人满意地澄清这个悖论的尝试,都是注定要失败的。”问题的解决必须抛弃经典物理学的绝对时空观,因为追光实验中的那个追随光线运动的“我”所看到的一切,应当像一个相对于地球是静止的观察者所看到的一样,都按照同样的自然规律进行。这个思想实验中孕育着狭义相对论的萌芽。







