无谓置疑，无论你是谁，或身处何地，以致无论你以多快的速率出动，万物的物理定律对你和天下中的过火他任何不雅察者来说，持久王人是通常的。

这个看法被称为“相对性旨趣”！

它告诉咱们，物理定律不会因为你的位置变化、本事荏苒而发生更正。

这个旨趣不错追忆到伽利略，以致更早的时期，直至爱因斯坦为其注入当代谈理。

比如，你坐在一辆运行的火车上，而你的一又友站在火车站的月台上。

若是你在火车上往前扔了一个球，你会认为球所以某个速率上前飞的，比如说你认为球以 10 米每秒的速率飞出去。

关联词，你的一又友站在月台上看，他会认为这个球比你看到的飞得更快，因为火车本人也在往前开。

若是火车的速率是每秒 20 米，你一又友看到的球的速率即是火车的速率加上你扔球的速率，也即是 30 米每秒。

这个气候告诉咱们一件事：不同的东谈主看到的速率可能不通常，这即是相对性。速率是相对的，取决于不雅察者站在哪儿。

天然，咱们在日常生涯中战斗到的力和开放定律大部分王人不错追忆到牛顿。

他告诉咱们，当一个物体受到力的作用时，它会加快。

这个加快度的大小与作用在物体上的力成正比，而与物体的质料成反比。

牛顿将这一关系公式化为闻名的 F = ma，即“力等于质料乘以加快度”。

这个公式阐扬了咱们日常生涯中看到的气候，比如推一辆小车容易，而推卡车则需要更多的力。

关联词，当咱们有计划速率接近光速的粒子时，事情变得不再那么浅薄。

01 杰出光速？爱因斯坦的冲破

假定你对一个质料相配小的物体施加渊博以致是无穷大的力，表面上，这个物体可能会加快到光速以致杰出光速。

但，这是不行能的！因为证据爱因斯坦的相对论，任何有质料的物体王人无法达到或跳跃光速。

爱因斯坦的相对论告诉咱们，跟着物体速率的增多，它的质料也会增多。

这意味着，当物体接近光速时，施加在它身上的力不会再像鄙俚物体那样带来权贵的加快度。

违反，更多的力只会使物体的质料连续增多，而加快度则缓缓减小，最终无法达到光速。这种气候频繁被称为“相对论质料增多”，但这仅是部分阐扬。

咱们来望望具体的旨趣：

接近光速的物体质料增多的原因与狭义相对论中的一个蹙迫看法辩论，即物体的相对论性质料。

证据爱因斯坦的狭义相对论，物体的动能和速率之间的关系不是线性的。

当一个物体的速率接近光速时，它的动能会急剧增多，而这种动能的增多会导致物体的相对论性质料增多。

具体来说，物体的相对论性质料m 是由它的静止质料m0和速率v通过以下公式计较的：

其中，c 是光速。

当物体的速率 v 远低于光速c 时，物体的相对论性质料接近其静止质料，质料变化不权贵。

关联词，当物体的速率v 接近光速时，v^2/c^2 趋近于 1，使得分母趋近于零，导致相对论性质料 m急剧增大。

浅薄地说，跟着速率接近光速，物体需要越来越多的能量来连续加快，这些能量增多被视为质料的增多。因此，石子在接近光速时发扬出质料增多的气候。

这种质料的增多也意味着，若是念念要让一个物体连续加快接近光速，需要无穷多的能量，因此任何具有质料的物体王人不行能着实达到光速。

02 光的罕见性

爱因斯坦的伟大发现之一是：光速在真空中对悉数不雅察者来说王人是通常的，无论你以多快的速率出动。

这一事实与咱们日常警戒的速率重叠国法富裕不同。让咱们用一个浅薄的例子来阐明：

假定你驾驶一辆时速100公里的汽车，同期放射一枚炮弹。

若是炮弹的初速率亦然100公里/小时，那么若是你将炮管朝前，炮弹的总速率将会是200公里/小时。

这个气候顺应咱们的直观，似乎也顺应牛顿的力学定律。

关联词，若是你把大炮换成手电筒，放射的光子速率并不会像炮弹那样重叠。

无论你所以100公里/小时、1000公里/小时，如故接近光速的速率出动，手电筒发出的光速照旧是光速：299,792,458米/秒。

这在咱们习以为常的日常警戒中似乎是不行能的，却是相对论中最基本的真义。

尽管光速对悉数不雅察者王人通常，但光的波长和频率会因不雅察者的开放速率不同而发生变化。

这即是咱们熟知的多普勒效应，访佛于当救护车经由时，警笛声会因为距离的遐迩发生上下音的变化。

当你以接近光速的速率辩别光源时，光的波长会拉长，呈现出红移气候；

违反，当你向光源围聚时，光的波长会裁减，出现蓝移气候。

这一气候不仅适用于可见光，还适用于电磁波谱的悉数部分，包括紫外线、X射线、以致无线电波。

一个接近发光速率的物体发出的光会因为不雅察者的位置而发生偏移。左边的东谈主会看到光源辩别它，因此光芒会发生红移; 而右边的东谈主会看到它发生蓝移，约略当光源向它出动时，它会摇荡到更高的频率。(图片开首: TxAlien/维基分享资源)

爱因斯坦在征询光电效当令初次明确了光不单是是波动，还具有粒子性质，即光子。

光子的动量与能量成正比关系，频率越高，光子的能量越大，动量也越大。违反，频率越低，能量和动量王人随之减小。

令东谈主困惑的是，光子是无质料的，但它却具有动量。

这与咱们在经典力学中对动量的意会富裕不同。证据牛顿的第二定律，动量是质料与速率的乘积，关联词在相对论的世界中，光子的动量并不依赖于质料，而是由能量和频率决定的。

为了更好地意会光子的动量，回到牛顿的经典界说是有匡助的。

固然咱们习尚用 F = ma来暗意牛顿第二定律，但他当先的界说是“力等于动量的变化率”。

这意味着，施加在物体上的力会导致其动量发生变化，速率增多或减少。

当物体的速率接近光速时，它的动量并不会像在鄙俚情况下那样线性增多。

违反，动量跟着速率的增多呈现出一种复杂的关系，受到一个称为“洛伦兹因子”的影响。

这个因子跟着物体速率的增多而速即增大，小心任何物体的速率跳跃光速。

洛伦兹因子是相对论中至关蹙迫的一个参数，它阐扬了为什么物体接近光速时，其动量并非浅薄的质料和速率的乘积。

这个因子跟着物体速率的增多而增大，导致物体的动量变得越来越大，即便其速率只稍许晋升。

若是咱们设念念一个以50%光速开放的火箭放射一枚炮弹，而炮弹的初速率亦然50%光速，在经典力学中，这似乎会使炮弹的总速率达到100%光速。

关联词在相对论中，炮弹的试验速率只可达到约80%的光速。这是因为炮弹的动量增多受到洛伦兹因子的禁止，使其无法跳跃光速。

跟着速率的增多，不仅物体的动量发生变化，本事和空间的性质也发生了变化。

爱因斯坦的相对论告诉咱们，当你以接近光速的速率开放时，本事会变慢，距离会裁减。

这种气候被称为本事扩张和长度减轻。

关于静止的不雅察者而言，本事荏苒似乎是平常的，而关于快速出动的不雅察者来说，本事变得安逸。

访佛地，开放中的物体沿着开放办法的长度也会裁减。这些成果在日常生涯中并不彰着，但在顶点的相对论要求下，如天下飞船接近光速时，它们变得至关蹙迫。

回首

相对论不仅更正了咱们对本事、空间和开放的意会，还颠覆了经典物理学的好多基本假定。

牛顿的定律在低速下照旧适用，但在接近光速的情况下，爱因斯坦的相对论动量和本事扩张等看法才着实揭示出天下的本色。