日期：2014-11-29 00:35:20
　　“同时”并不同时
　　为了理解狭义相对论的诞生过程，让我们先来做个脑筋操吧，这回，你将亲自驾驶一艘宇宙飞船。如图：在飞船的舱头与舱尾分别固定A、B两点，在A与B 的中点处装有光源C，当光源打开，由于CA与CB等距，位于A、B两点的接收器将同时检测到光信号。
　　启动飞船，假设一段时间后，它以极高的速率（例如：光速的一半，1.5*10^8米/秒）匀速直线前行。此时，开启C处光源，由于伽利略相对性原理，可以预期：处在飞船内部的一切皆无法判断自己究竟是运动还是静止，因此，A、B两点依然将在同一时刻接收到从C传来的信号。此时，“找茬专家”路人甲又要登场了，他站在地面，仰观飞船，忽然意识到一个问题：光从C点出发后，飞船并没有停止移动，这意味着一段时间后舱头A’将远离光源C，而舱尾B’则越来越靠近C。即：A’C﹥AC=AB﹥B’C。因此，在路人甲看来，从C发射的光线到达舱尾B’所需时间要小于到达舱头A’。

　　情况霎时变得扑朔迷离：你坐在驾驶室，观测到信号接收器A、B同时响应；而地面的路人甲看到的却是B端先接收到信号，稍事间隔，A端才有所回应。同一个实验，却得到两组结果，一个事件怎么可能既“同时”又“不同时”呢；你与路人甲，到底哪一方更正确？如果伽利略的相对性没有问题，而从麦克斯韦的光速理论也找不出任何破绽，那么问题的结症究竟在哪里？
　　“排除一切不可能的原因，剩下的结论不管多么荒诞，也必然直指真相。”福尔摩斯大人的名言隐隐回荡在空中。或许，问题就出在“同时”二字，我们对时间的认知、人类文明延续了数千年的时间观念竟是错误的！或许，宇宙的巨幕背景上并没刻着“绝对时间”，你与路人甲在各自的参照系内都是正确的，谁的答案也不比对方更标准。由此，爱因斯坦决定放弃困住当时许多大学者的死胡同，他不再努力修改麦氏方程以迎合陈旧的牛顿体系，转而开始寻找新的突破口。

　　日期：2014-11-29 00:36:17
　　μ子简历
　　μ子是电子家族的一员，它除了质量约为电子的两百倍之外，其余各项性质都与那颗携带负电荷的小微粒十分相似，你可以把它看做是电子的一位身材壮硕的兄长。但正是由于体型过于臃肿，μ子的性状十分不稳定，它的半衰期为1.5微秒，也就是说：观察1000个静止状态的μ子，1.5微秒后将有一半衰变为较小型的微粒（例如：一个带负电的μ子可衰变成一个普通电子和两个中微子）；再过1.5微秒，剩下的500个μ子中的一半——即250个——又将消失于视野之中……如此不断衰减，随着时间的流逝，μ子的存活概率将越来越小、最终趋近于零。由于极端阴晴不定的个性，μ子根本无法像它那小巧而结实的兄弟——电子——一样，在构成物质的基本单元——原子、分子——时起到关键作用，亿万年来，μ子们悄声无息地飘散于空间各处，静静地诞生又静静地消亡，如同微观世界的流星，转瞬即逝、不留下一丝痕迹……

　　1937年，当μ子佩戴着“宇宙射线”观光团的闪亮徽章进入地球人的视野之时，首先从我们脑海冒出的问题就是：这些古灵精怪的μ子，它们存在的意义是什么？很快，大家就发现这群低调的小家伙竟有一大妙用：它们是狭义相对论最为坚实的证据！
　　事实上，人类在探测到μ子时距离相对论构建完成已过去二十多年，爱因斯坦是在没有任何实验数据的情况下，完全依靠归纳演绎与数学工具，穿透云蒸雾绕的表象独自叩开真理之门，并彻底颠覆了我们的时空观。本文之所以选取μ子的传奇故事来讲解狭义相对论，是期望通过一系列的直观现象，让你绕开那堆令人头痛的算符，尽情享受与大自然的捉迷藏游戏。
　　注：其实，相对论的推演过程比起它同时代现身的哥们儿——量子力学——来说，并不算特别困难，真正伤脑筋的是对关系式含义的诠释。没能参透其物理实质，是爱因斯坦的诸位前辈——电子论鼻祖洛伦兹、数学全才庞加莱等——几乎要触及真相，却又遗憾地失之交臂的真正原因。
　　日期：2014-12-01 19:03:24
　　时间延缓
　　看似空空荡荡的星际“空”间实则蕴藏着数量惊人的粒子：绝大部分是质子（氢原子的原子核），也有少量较重元素（氦、氖、氩，甚至铁等结构复杂的原子核），它们通常以接近c的速率自由自在地飞翔，但如果有谁不小心撞进地球的怀抱，就难免要同散逸层中的颗粒物摩擦碰撞，不走运时还会发生爆炸——当然，这种微粒级别的爆炸，正如微粒级别的流星一样，我们肉眼是观赏不到的。爆炸在万里高空绽开朵朵礼花，μ子就在这孤寂的绚烂中悄然诞生。之后，μ子继续穿越电离层、平流层、对流层……重重雾瘴，最终到达地球表面。此时此刻，你若张开手掌，去感受那无处不在的“宇宙风”，μ子正轻灵地跳跃在你指尖……

　　问题来了：如果说μ子的平均寿命仅有1.5微秒，那么，在逼近c的速率下，它们平均也就能够行个450米；运气特别好的少数粒子，侥幸钻过半衰期布下的概率之网，如此重复几轮，存活时间能延长5、6倍，但至多也就能冲2000-3000米。可是，仅只最贴近地面的一层空间——对流层——平均厚度就在10000-16000米之间，按说，这群天外来客极难有机会跑完全程进入我们的视野。而科研人员却在地球表面搜集到海量的μ子，它们到底耍弄了怎样一套戏法，竟骗过了时间？

　　面对两相矛盾的事实，唯一合乎逻辑的解释就是：同一粒μ子，奔跑时与静止状态相比，其衰变被延缓了！这意味着，在接近光速的狂奔过程中，μ子所经历的每一秒钟比起静止时的一秒钟来说——被拉长了。如此一来，从外部观察者的角度看，这群“魔法小精灵”通过运动延长了自己的生命，使其半衰期增长到原先的数倍，足够它穿越超过85000米的行程来到我们身边。
　　“生命在于运动”，果然是至理名言呐，从今天起，把爱车打入冷宫，每日跑步上下班，岂不延年益寿抗衰老？这么说，人类渴望已久的长生不老秘方，原来尽在练就一双飞毛腿？为了将爱因斯坦的论述理解透彻，我且为你引荐一把密钥——γ因子，又名洛伦兹因子。
　　假若地球上立着一座耸入云天的灯塔，从塔顶发出的光芒射向地面，地表再把接收到的光信号返回塔顶，如此循环往复，光所走过的路线如图a所示。现在，请你坐进一辆飞驰的火车，以恒定速率与灯塔擦身而过，此时，透过车窗遥望，灯塔与地面之间的光信号在你手中的检测器上将绘出怎样一条轨迹？如果火车上的仪器认定自己处在静止一方，由伽利略原理，光信号的发射点与接收点就必然得动起来，所测得的轨迹如图b，光线像一道锯齿往后延伸。图中，三角形ABC的直角边A即是相对静止时，光从塔顶传到塔底的路程；而斜边C则是移动的火车上看到的图像。

　　由图可知：在运动者眼中，光的行程增长了；若光以恒定的速率传播，则必然意味着：运动系统拥有更多的时间。而具体增加了多少呢？假设时间的“延缓因子”为γ，则：
　　γ=C/A=Δt’/Δt
　　由于c为三角形的斜边，因此C/A比值总是大于1，也就是说，运动系统相对于静止状态，时间Δt’一定更充裕——延缓因子名副其实啊。利用少许数学技巧，把光在真空的传播速率c以及火车的运行速率v带入几何图形当中，可进一步求得：
　　观察上式，你将发现：火车的速率v越接近光速，γ的值就越大，这意味着：车上的时间将成千上亿倍地延长！可惜，以目前的技术，别说火车，就连最快的宇宙飞船也才及光速的万分之一。那么一般水平的运动对时间有多大影响呢？回到你的晨跑计划中来，普通人的跑步速率大概3.5米/秒，带入上式，在3*108米/秒级别的光速面前，对延缓因子γ的影响是何其渺小。所以，通过奔跑来延长寿命的方案以我们肉体凡胎大概是难以见成效的了，但请不要泄气，迈开双腿虽然不能显著提升γ值，但对锻炼全身肌肉以及提升心肺功能依然有着巨大帮助，绝对值得你一试。

　　原来，时间延缓效应只在接近光速的特殊状态下才能发挥威力，也难怪生活于宏观世界的我们，历经千载却未勘破其背后的玄机。