主题：【讨论】说说我最近看到的脑洞 -- 明心灵竹
家园 相对速度是光速 你对我的相对速度仍然是光速啊。在高速情况下，速度不是简单的叠加，而是要用到洛仑兹变换。相对论用到这个公式的特点是引入了光速恒定的概念。
另外，为什么要设定火车在赤道以光速行驶？赤道对你来说有什么特别意义吗？
- 复 相对速度是光速
家园 没啥特别 当时半梦半醒，大概是赤道够长，一圈又一圈，容易观测火车行走？
- 复 没啥特别
家园 还以为你要引入广义相对论呢 赤道是个圆环。如果要以光速绕赤道行进而不逃逸就等于说是在绕着黑洞行驶了。
另外，楼下说的是狭义相对论的解释，有些东西像绝对参照系之类帮助理解可以，但不是狭义相对论的范畴。双生子佯谬用广义相对论来解释更简单。
物体在四维时空中的运动轨迹被称为“世界线”。这个轨迹是物体的历史所组成的事件序列的时空坐标的总和。在物体历史轨迹的任意两点之间的间隔在数学上可以用积分来表示。楼下所说的“固有时间”则是这个积分除以c。世界线是不依赖参照系而客观存在的。双生子年龄不一致的原因是飞船的孩子和地球上的孩子经过的世界线长度不同。一般情况下，飞船上的孩子可能会更年轻，因为经过的世界线更短。但如果条件合适，也不是说地球上的孩子经历的世界线就不会更短。
通宝推：陈王奋起,家园 十分感谢！ 我在高中之后就再也没有接触过物理了。。。。
偶然一个半梦半醒的想法，居然得到孟兄及任兄两位详细的解答，幸甚！
结合你的与楼下任兄的帖子，我又有一个问题：
假如飞船以光速行驶了两秒（地球时间），之后又慢了下来，这地球上的两秒钟内，飞船上的时间是不存在的，（这样也可以解释为啥飞船上的孩子更年轻吧？），在这两秒钟，飞船上的人的状态如何？是生是死？不生不死？
- 复 十分感谢！
家园 飞船和人都无法达到光速 当他们接近光速时，惯性质量趋向无穷大，这个时候所有宇宙的能量都给他们加速都不够了达到光速了。。。
家园 也不是没有可能性 他这个只是个思想实验，必然要忽略某些条件的。如果考虑质能转换的话，不单单是不能加速到光速，加到很接近就受不了了。
但是也不是说完全没有可能性。如果只是用传统的工质发动机以反作用力推进当然会出现质量无穷大的现象。但如果用曲率引擎（Alcubierre Drive），那么理论上来说是有可能的。广义相对论说时空实际上是弯曲的。这样，如果飞船前后的曲率不一样，飞船就会顺着曲率往前走了。这并不要求无穷的能量，而只要求把飞船前后的曲率不断改变就行了。而且飞船本身来说处于一个平滑时空内，仍然符合广义相对论的短线自由落体。所以不用担心飞船会出现什么问题。因为飞船本身没有“动”，动的是时空本身。
NASA 2011 年的这篇论文讨论了这个可能性 （ https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110015936.pdf ）得出的结论是曲率引擎数学上可的证明没问题，但由于要求负能量实现起来将很困难。
另外，光速不变是爱因斯坦在狭义相对论里做出的公设。这个公设是基于迈克尔逊-莫雷实验等各种观测而总结的。但是到了广义相对论里面，这个公设其实是个推论。广义相对论讨论的是非惯性系和非平直时空。狭义相对论只在平直时空的惯性系中有意义。但在任何时空点附近都可以认为有局部惯性系，如果假设它们等效则光速处处存在上限 c 。而广义相对论甚至指出自身不完备。在奇点处，广义相对论也是失效的。
- 复 十分感谢！
家园 【原创】你的问题等于是说你在这一刻是生存的吗？ 如果固有时间不存在，那么这地球上的两秒对于飞船上的人是无所谓的。飞船上的人只关心自己的固有时间。其固有时间在光速下为0。那么对于飞船上的人来说（假设他们还能生存），从进入光速的一刻到出了光速的一刻都是同一刻而已，是他们世界线上的一个点而已。那么同样的哲学问题是：
就算在地球上，现在的你在这一刻是生存的吗？
很显然，我们认为我们是生存的。我们怎么知道在12点和12点零零零零零一纳秒之间我们是生存的？这是因为我们在12点是生存的，在12点零零零零零一纳秒也是生存的。所以我们认为在此之间我们也是生存的。这就是个微积分的关系，在世界线的任意两点之间的状态由这两点的瞬时状态来推定。
当然，如果两点之间的间隔太大，则推论的误差就很大。举例来说，十年前某人富有，十年后某人更富有，但中间这十年可能他经历过一次08年经济危机，财富缩水过一次，但后来又以更快的势头增长了。换言之，间隔越大，曲线就越不平滑，波动越大。
而当这个间隔趋近于无穷小或零的时候，则推论的误差就可以忽略或没有意义。
所以对你的问题的回答应当看在进入光速前的瞬间以及脱离光速后的瞬间宇航员是否活着。如果两者不一致则表明宇航员的生存状态发生了改变。
你的这个问题其实就是“薛定谔的猫”的另一种表达形式。“薛定谔的猫”佯谬在于他暗含了对脱离状态后的情况的预见。由于在当时还没有发生，那么自然我们无从知道这只猫到底是生还是死。但这并不代表在任一时刻，猫是在活着和死了的双重状态，只不过我们所取的世界线间隔太大没有触及这一点而已。
如果我们把“薛定谔的猫”的设定稍微改动一下，薛定谔不再是过一小时才去看这只猫是死还是活，而是每隔一个纳秒去看这只猫是死还是活，那么我们就可以很肯定的把猫的死活状态缩减到纳秒一级。
这个间隔可以一直变小直到我们满意为止。当然，如果间隔趋近于无穷小，那么就等于容器一直打开着，观察一直在发生。这就变化为我们的日常生活经验了。
这在统计学上其实就是采样的范围和频率的问题。采样越多越频繁，采样区间越小，数据越多则统计越精确。量子力学主要是个统计力学。波函数说穿了其实就是个对“在已知时间和地点找到该粒子的几率”数学描述而已。用爱因斯坦的话来说（大意）量子力学就是对某个未知的更完美的理论的统计近似而已。
通宝推：乔治·奥威尔,任爱杰,家园 迟到的感谢！ 能够将复杂的理论，介绍得这么清晰，厉害厉害！
高手之作也！
家园 不会出现超光速的 假如有一列火车在赤道以光速行驶，我在火车上以相同方向跑步，你在地面观察，我对于你的相对速度是否应该高于光速？根据狭义相对论要满足洛仑兹变换，同时在所有惯性系中，真空中的光速都等于 c。所以不论你往哪个方向跑相对地面的速度都是光速。你的这个思想实验是迈克尔逊-莫雷实验的变种。
相对论这个译名其实翻译的不太准确。Relativity 也有相关的意思在内，与其翻译成“相对论”还不如翻译成“相关论”比较好。译成相对论，很多情况下容易望文生义以为任何情况下都是相对的。相对论虽然没有明说有绝对参照系，但从光速不变的角度来说，其实所有的参照系都相对光速而言。
例如著名的双生子佯谬。相对论推导出在高速前进时，时间会膨胀。在你举的这个例子里，你的火车在地面看来以光速前进，而在火车上观察则是地面在以光速离开。那么是不是火车上的时间在膨胀，而地面时间也在膨胀呢？其实不是这样。现代的科学实验已经证明只有火车上的时间会膨胀。为何如此？解释很多，一般认为是火车达到光速前必须加速造成的。但如果理解为存在一个光速的特殊参照系，任何越接近光速的惯性系时间越膨胀就可以简化问题了。
- 复 不会出现超光速的
家园 再请教 还有两个问题：
1.时间膨胀了，火车上的人，是否能够跑步？
2.如果能跑的话，地面的人，能观察到火车上的人跑步这个现象吗？或者换个角度问，地面的人，能够看到什么现象？
- 复 再请教
家园 应该不行 狭义相对论有两个著名的推导效应：钟变慢（时间膨胀），尺缩短。例如当卫星在绕地球高速运动时，其搭载的原子钟同时受到狭义相对论的钟慢效应和广义相对论的引力场效应（钟变快）的影响。这样很容易推出如果火车以光速前进且不受引力影响的话，火车上的时间相对地球会变成无穷大，而运动方向上的长度则变为零。
从地面观测的角度来说，时间仍然存在。但这个时间是地面时间而不是火车时间。而火车的形状来说，在其前进方向其长度将缩减为零。所以你如果在侧面看的话看到的是一条线，正面和背后看的话应当是火车的二维投影。在地面上是看不到你在火车运动方向跑步的。
在火车本身来说，如果不考虑质能转换的问题，你仍然处于一个惯性系统内。对于你的主观观测来说，地球是在以光速运动。你仍然有自己的惯性系统内的统一时空。所以理论上你可以跑步。
问题在于你的火车是以光速前进的。一旦达到真正的光速，问题就出现了。
洛仑兹变换建立在相对论之前。洛仑兹理论本身是没有速度上限的。爱因斯坦在使用洛仑兹变换的时候引入了“光速不变”这个概念。同时又引入“各惯性系完全等价不可区分”的概念。这样，在各个惯性系中，时间都是等价的。这个等价必须符合洛仑兹变换。然而产生的问题是，时间虽然等价，但时间却是相对的。如前所述，你在火车上观测，地球在以光速运动，所以地球上的钟变慢，尺缩短。
这对于习惯了牛顿绝对时空概念的人来说很难理解。在牛顿的时空观中，空间和时间各自独立存在。也就是说如果空间是三维的，时间是独立的第四维，如果空间是十八维的，时间是独立的第十九维。于是爱因斯坦的老师闵可夫斯基（Minkowski）提出说为啥要把时间当作独立的一维呢，如果把时间看作不可分割的第四维度，那么在这个四维几何空间中任意两点的距离可以用下式来表示：
dS^2=dX1^2+dX2^2+dX3^2+dX4^2
X1,X2,X3,X4 分别代表长、宽、高、时间与光速的积。而相对论的表述则表明 dS=0 （证明和推导从略）也就是说以光讯号在四维时空内联系的任意两点的间隔（separation）为0。这里的间隔不是三维空间的距离，而是类似三维距离的概念。闵可夫斯基用 separation 而不是 distance 来特意表明这一点。而要满足dS=0，很显然 X4 必须是0或是虚数。
这样，当X4是实数时，dS^2大于等于0，当X4是虚数时dS^2可能小于等于0。这里dS^2>0 被称为“Space-like separation”(类空间间隔），dS^2<0 被称为“Time-like separation”(类时间间隔），dS^2=0 则被称为 “Light-like separation”(类光间隔）
闽氏空间的一个重要用处是定义物体的“固有时间”。前面说过，由于相对论说时间也是相对的，不存在绝对时间，这和大多数人的经验相反。大多数人的经验是时间总是向一个方向前进的。那么时间的方向性从哪里体现出来呢？这表现为物质的不可逆积累性质。例如小孩总是长成大人而不会逆生长等等。另一个常见的不可逆积累则是一个封闭系统中熵的积累。这表明每个物体都有自己经历的客观时间。而这个时间被称为物体的“固有时间”( proper time )。
通过对闽氏空间的引申，“固有时间 dt'”可以定义为下式（证明和推导从略）：
dt' = dt√1-(v^2/c^2),
从这个公式可以看出，物体的越速度接近光速，v^2/c^2就越大，dt' 就越短。所以双生子佯谬中坐高速飞船的一方经历的固有时间短，所以就更加年轻。然而当速度等于光速时，固有时间就衰变为0。也就是说固有时间在光速条件下没有意义了。如果没有时间的概念，你在列车上怎么跑步呢？也无所谓速度了。
同样的道理，当光子以光速前进时，其固有时间是0。这样光子的各种奇怪的性质（如波粒二相性）就很好解释了。
闵可夫斯基到底是爱因斯坦的老师。引入闽氏空间后，相对论就有了方便的几何表达形式。从而为爱因斯坦此后创立广义相对论奠定了基础。
通宝推：独草,ton,
家园 汗 看来真要搞清这个问题玩民科是不行了
感谢老兄的科普
家园 我光张嘴问 老兄还要查论文 先给老兄献个宝
我慢慢看.
家园 唯心主义的必要性主要体现在理论创立过程中 你提到裸眼观测对双缝实验没有作用，相关文献链接能发一个吗。
如果单从解释角度，你说到测量仪器的影响其实就是哥本哈根学派说的意识的作用。你提的问题容易回答：
1。为什么“意志”总是起同样的作用，而不是不同的作用？光被“观测”后总是变为粒子态而不是别的什么形态。
回答：用意识一词更好，因为观察的意识是一样的，所以总是起同样作用。如果观察的意识有不同，比如扰动不同，观察结果也会有不同。
2。为什么“意志”必须通过某种特定的测量仪器才能起作用？如果观测者的“意志”起决定性作用，那么很显然裸眼观测和仪器观测是一回事。但是如果观测者只是裸眼观测，哪怕是全程观测，双缝实验总是表现出波动性而没有粒子性。
回答：意识并非一种固定的抽象的东西，它就是一个想法，想要弄清楚到底事物处于一种什么状态的想法，并没有意念控物的意思，跟辩证唯物主义说的意识对物质也有反作用的意思类似。裸眼观测不知道具体如何操作，只是估计看不到什么，观测不到，所以就不起作用。
唯心主义世界观主要在理论创立过程中有作用。如何去思考问题？如何组织整理实验结果并进行理论归纳，用唯物主义不太容易想问题，用唯心主义才容易想通。
爱因斯坦只是在量子力学开始创立时有一定贡献，进入深水区以后就只有哥本哈根学派才能继续走下去。是科学发展的客观规律选择了哥本哈根学派，它也就成了主流学派，其他学派走不下去只好偃旗息鼓。
实际上在理论创立以后，那些唯心主义的描述方式的确也可以转换成唯物主义的方式，但是这种转换没有太大必要，因为量子力学还要继续发展，深层次的思考还是唯心主义更得力一些。
只要别把唯心主义妖魔化成意念控物，那么唯心唯物的争论也不是太大的事。
通宝推：pattern,