空間該如何測量? 我的第一本相對論

文/沙達德.凱德 |2021.06.21
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空間該如何測量? 我的第一本相對論 圖/愛德華˙阿爾塔里巴

文/沙達德.凱德

愛因斯坦(Albert Einstein)的相對論是有關「時間」跟「空間」的理論,時間跟空間我們當然懂,不過就是些很簡單的概念而已啊!可是仔細想,竟迸出一堆奇怪的事情。

當愛因斯坦還是青少年的時候,他的腦袋裡轉呀轉的總是那些大家覺得理所當然的事情。

由於不斷地認真思考,多年後,愛因斯坦就提出了自己的時空理論,也就是狹義相對論(這麼命名的原因是因為幾年後他又提出了廣義相對論,把重力的概念也加進去了)。

為了要理解時空理論,首先我們需要知道到底什麼是時間?什麼是空間?我們也要了解運動是什麼。一旦我們把這些東西整合之後,我們就會了解那些科幻小說裡的情節,竟然真的會發生!



我們今天先從測量「空間」開始,我們可以將空間描述成:物體所在以及事件發生的地方,我們也可以說它就是現實的舞台。那麼,其實我們能量的是距離,也就是兩個物體之間的長度。我們會用硬的東西來量距離,比如說棒子。

如果我們要測量兩點之間的距離,我們會把棒子頭尾相連放在2點間,算算看總共有幾個棒子長,舉例來說,算出來的距離可能是2個棒子長、4個棒子長、5又1/2個棒子長。

「可是……」(我就知道你會問)「我們怎麼知道棒子該做多長呢? 」

想像一下,假如要橫跨河流造一座橋,橋的高度是5個棒子高。可是左邊的工人跟右邊的工人用的棒子不一樣長、地基也不一樣高,可想而知這該有多糟啊?

為了避免這類問題產生,於是我們統一了測量系統。

有人造了一根特殊的棒子,將它的長度定為一公尺,從那個時候開始,所有做成相同長度的棒子,我們都稱為一公尺長。

也就是說,人們在量距離的時候,終於有了一樣的標準。

「公尺」是科學家最常使用的長度單位。

除了這個統一的測量系統以外,有的國家會使用不同的測量單位,比如說英制中,是使用英寸、英尺、碼跟英里來量長度。

欲測公尺 深入敵營

一公尺的長度是在1799年制定的,法國的科學家以金屬鉑製作了一根模型棒子,這根棒子的長度就是一公尺。

為了計算這根棒子應該有多長,科學家們必須先測量從敦克爾克到西班牙的巴塞隆納城堡間的距離(子午線長度)。

當時西班牙跟法國正在打仗,不過由於這個任務實在太重要了,西班牙特別允許法國科學考察隊進入巴塞隆納,完成了量測與計算。 (待續)



本文摘自《我的第一本相對論》三民書局出版

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