火车和汽车谁快?

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假设两列火车的长度相同,且高速列车在普通列车前方10公里处的铁路上以750米/秒的速度行驶。 这时如果突然按下按钮,使两列火车的速度都瞬间变为0.那么普通列车将向后退去,而高速列车将向前飞去并且越来越快(相对论效应)。当普通列车回到高速列车出发的地方时,发现高速列车已经消失了——它已经飞离了10公里并追上了自己。现在把两列火车的长度扩大到原长的10倍,再按动按钮,结果和普通情况一样,只不过速度变成了0时的瞬时值。以此类推,当普通列车到达高速列车最初出发的地点时,它们之间的间隔距离将是原来的1024倍长!也就是说,经过一段时间之后,这两列火车竟然“重叠”了;更妙的是,此时按动车厢间的连接器(假设是可以活动的),让它们完全重合并一起前进,那么经过一段时间的加速后,两列火车的速度将会完全一样! 看到这里你可能会说,这是由于高速列车具有“惯性”的缘故—一在普通列车停止的情况下,它仍然能继续运动一段距离。但是,如果你把两列火车的长度进一步放大到原长的1036倍以上,然后再按动按钮,你会发现一个奇妙的现象:在经过同样的时间之后,虽然高速列车的位置比普通列车离起点远了许多,但它们的速度竟然完全一样了!而且,如果把两列火车间的连接器再次打开,那么它们就会立即成为同一辆火车,而且此后总是保持速度一样。

以上就是相对论中“同时的相对性”的一个简单例子. 在此需要指出的是,以上讨论都是在简化了真实世界的情况之后才获得的理想结果。其中最重要的一个假定就是“光速不变原理”——这个原理指出,无论是否移动光源,也不管是不是相对于地球运动,物体的速度永远不可能超过光速。除非打破这个原理,上述结论就无法获得。所以,如果你打破了这个原理,比如使得某些物体能够超光速运动(当然这个例子中就是高速列车),那么上述结论就完全错了。这个例子中为了简便起见,还忽略了质量的变化,以及重力场的影响等等。

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