钟慢尺缩并不矛盾？狭义相对论效应真的存在？12月24日12时，《张朝阳的物理课》第十四期开播。搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间，复习了相对论的基本假定、洛伦兹变换等，推导了速度变换公式，并由动量守恒推得质量与速度的关系，进而得到质量与能量的关系。他引导大家从洛伦兹变换出发，探讨“时间膨胀”和“长度收缩”效应，并以μ子可以穿越大气层到达地面的自然现象作为观测实例进行详细分析。
回顾狭义相对论的诞生和爱因斯坦的两个假定
“今天我们继续讲相对论。”张朝阳在直播间写下“狭义相对论的一些应用案例”，带着网友回顾相对论的基本假定。
19世纪，伽利略变换是被大家普遍认可的，也就是符合生活直觉的、惯性参照系的速度叠加规律。而从麦克斯韦给出的波动方程看，又似乎暗示着绝对的光速。于是当时的一些学者假想了一种特殊的介质即以太，来解释与光速相关的现象。然而，著名的迈克尔逊-莫雷实验却从根本上否定了以太的存在。时间与空间在不同参考系下究竟是怎样的变换关系呢？人们必须重新思考这一问题，以建立符合实验事实的时空观。
“爱因斯坦革命性的做了两个假定，一个是相对性，没有绝对的参照系，没有绝对的时空。在所有的惯性参照系里，所有的物理规律都适用。一个是光速不变，在所有参照系里都不变，光速最大。”张朝阳指出，光速是有限的，所以狭义相对论并不挑战因果律。不同参考系中先后发生的事件，其传播也是需要时间的，因为其最大传播速度为光速，约3×108 m/s。
（张朝阳在直播中推演μ子实验）
从洛伦兹变换出发推导质速关系和质能方程
洛伦兹变换是狭义相对论 中两个作相对匀速运动 的惯性参考系 S和S′之间的坐标变换 ，是观测者 在不同惯性参考系 之间对物理量 进行测量 时所需进行的转换关系。
若S系的坐标轴为x、y和z，S′系的坐标轴为x′、y′和z′。为简单起见，令两参考系对应方向的坐标轴分别平行，且t=t′= 0 时两坐标系的原点互相重合。S′系相对于S系以恒定速度u沿x轴的正方向运动。那么，同一个物理 事件 在S系和S′系中的时空坐标应由洛伦兹变换，也即下列关系式相联系：
“在所有的惯性参照系里，所有的物理规律都适用”，因此，可以通过动量守恒得到质量与速度的关系。动量是质量与速度的乘积，即p = mv。需要注意的是，与经典力学不同，这里的质量m已是变量，且是速度v的函数。考虑到物体动量对时间的变化率等于其所受力的大小，即F = dp/dt；而能量对时间的变化率等于力乘以速度，即dE/dt= Fv,最终可推导出质能关系E = mc2=γm0c2，这里的m0是物体的静质量。
张朝阳还提到，相对论普遍成立。它是对之前的物理规律的进一步拓展和延伸，在日常低速场景下，与经典理论并不冲突。相对论的一系列公式，不仅可以很好地描述高速运动的物体，而且在物体低速运动，也即v<<c时，可以经过化简和近似，回归到经典力学的形式。以能量为例：
在这个近似式中，保留了泰勒级数展开的前2项，而后面各项作为小量可忽略。可以看到，这里展开式的第2项，正是经典力学中的动能。
μ子的现象验证了尺缩效应 证明狭义相对论效应存在
张朝阳以μ子穿过大气层到达地面为例，来论证“尺缩钟慢”效应的现实存在。
天然μ子形成于大气层的高处，由宇宙射线与地球大气作用产生，它是一种不稳定的粒子，其半衰期τ极短，约为1.5微秒。其粒子数目随时间指数衰减，。
如果不考虑相对论效应，即使是以0.99c高速运动的μ子，它穿透5000米厚的大气层依然需要16微秒的时间，从而到达地面时仅剩不到初始数目的1/2000。但是实际测量到的粒子比例远远大于这个计算值。
而在考虑相对论效应的情况下，v = 0.99c，相应的，因此，在μ子所在的坐标系里，依据尺缩效应，大气层的厚度明显缩减，应为L/γ=5000×0.141≈705米，其穿越大气层的时间也大大缩减，成为2.37微秒，这样得到的衰变后的剩余粒子比例为(1/2)2.37/1.5≈0.33，即有约1/3的μ子可以穿越大气层后依然被探测到，这与实际测量结果是相符的，成为相对论效应的实验证据之一。
钟慢尺缩不矛盾 质能方程符合相对论原理
上面的例子，还可以从另一个角度来理解，就是在地面坐标系看来，高速运动的μ子，依据钟慢效应，其寿命大大增加，变为γ倍，而大气层厚度为L，故它依然有足够的概率到达地面被探测到。可见，时间膨胀或是尺子缩短，无论从哪个角度分析，得到的结果实际上都是一致的。
随后，张朝阳还介绍了质能方程E = mc2的实例。同一元素的不同核素互称为同位素，他们的质子数相同而中子数不同。14C可衰变为14N、电子、中微子。
中微子质量很小可以忽略。比较14C和14N的质量，其差值部分，应当主要为电子的质量。它数值上比电子静质量m0大了不少，约为1.3 m0，这在经典物理里是无法理解的。而在相对论里，这实际上是由于衰变后的电子在高速运动。结合质能关系，以及电子的静质量m0、原子质量单位u等数据，可以求得电子的速度，约为0.64c，即光速的0.64倍。在这样的速度下，相对论效应非常明显，无法忽略。
搜狐视频发力知识直播 传播知识玩转科学
自11月5日至今，《张朝阳的物理课》已直播十四期。在第一、二课中，张朝阳科普了“力”和“速度”，算出马斯克的飞船和中国空间站每日绕地飞行圈数；第三、四课的内容则和“振动”相关，科普了可见光的基本知识，解释了早中晚的太阳颜色为何不一样，以及蓝色天空的秘密；第五、六课引发了关于音速和温度的大讨论。
在第七、八、九期则重温经典力学的两朵乌云，带领网友触摸量子力学；第十、十一课则重点回顾黑体辐射曲线及其应用，试图重回137亿年前的宇宙；第十二、十三、十四期则尝试进入爱因斯坦的思想世界，推导出著名的公式“E=mc²”，并试图论证“时间膨胀”和“长度收缩”效应。
观察生活现象+解释背后原理+推导演算公式，结合十四期物理课可以看出，《张朝阳的物理课》是从日常现象引入，帮助网友理解现象，提升兴趣，再“透过现象看本质”，解释知识点，推演过程，反过来解决生活中的问题。
在后续课程中，张朝阳还将进一步解释生活中常见的物理现象。通过网友最熟悉的话题，深入浅出，解释现象，探寻物质世界的原理。达到专业人士认可，普通人能听懂的效果，并借此激发科学学习的热潮。该课程于每周周五、周日12时在搜狐视频直播。
除《张朝阳的物理课》外，搜狐视频也邀请多位通识教育播主，科普知识，传递价值。北京交通大学理学院教师陈征博士玩起了“奇趣的科学实验”，走进“光的波粒二象性”；康奈尔大学物理化学博士包坤，化身“包大人玩科学”，教普通人看懂2021年诺贝尔奖；还有天体物理博士刘博洋科普“日全食是怎么产生的”等。未来，还将有更多知识播主入驻，一起玩转科学。
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