近日重读《西游记》,其中有一个设定:天上一天,等于人间一年。看到这里,我又忍不住开了一下脑洞:如果使用“洛伦兹变换”来计算,天庭与人间的相对速度是几何呢?
洛伦兹变换
首先,一起复习一下中学物理。
洛伦兹变换(Lorentz transformation)是相对论中描述时空的坐标变换。它将两个惯性参照系之间的坐标转换为:
x' = γ(x - vt)
y' = y
z' = z
t' = γ(t - vx/c^2)
这里,x,y,z,t 是某个静止惯性参照系中的坐标,x',y',z',t' 是相对运动的惯性参照系中的坐标。γ 是洛伦兹因子:
γ = 1/√(1 - v^2/c^2)
v 是两个参照系的相对速度,c 是光速。
洛伦兹变换保证了光速不变原理,并导出了时空的相对性。它揭示了时空的四维性质,并导致了质量-能量等价关系E=mc2。
洛伦兹变换是爱因斯坦(Einstein)的狭义相对论的基石。它改变了绝对时空观,引入了相对性思想,从而彻底改变了经典力学中的时空观念。它是现代物理学的一个重要里程碑。
洛伦兹变换公式总结如下:
x' = γ(x - vt)
y' = y
z' = z
t' = γ(t - vx/c^2)
γ = 1/√(1 - v^2/c^2)
v:相对速度 c:光速
开始解题
- 一年按照365天计算,即t'=365天
- 然后坐标系选择:人间是静止的,即v=0
- 那么,公式简化可以简化为:t' = 1/√(1 - v^2/c^2) * t
- 代入已知数值:365=1/√(1 - v^2/c^2) => v/c=√(1-1/365^2) = 0.999996246943605
- 最终计算结果:v=0.999996246943605 * c
答:天庭与人间相对速度为真空光速的99.9996246943605%
总结
天上的大神已经完全掌握了光速运动甚至超光速运动的技术。例如,大家熟知的孙大圣一个筋斗飞跃十万八千里,假设1秒钟能完成这个动作,那么大约也有1/6的光速了。那些能够穿越到过去未来的神佛,估计真能够超光速运动了。