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动手玩一玩

光看文字不够直观?下面三个小实验,你直接用鼠标拖动滑块,亲眼看见爱因斯坦讲过的道理。

时间膨胀 光电效应 引力弯曲

⏱ 实验一 · 时间膨胀(光钟)

拖动"飞船速度",看光钟在飞船上每跳一秒,地球上已经过了多久。速度越接近光速,时间慢得越夸张。

光钟与飞船

可拖动

光在飞船两面镜子间上下弹跳,每跳一个来回算 1 秒;飞船同时向前飞。

先猜一猜:飞船飞得越快,船上那“一秒”在地球上看来是变长还是变短?

颜色含义蓝框=飞船上的光钟灰粗线=上下两面镜子橙点=光子(一上一下=1 秒)
🧠 看明白了吗?

动得越快时间越慢,这不是钟坏了,而是时空本身的性质。GPS 卫星上的原子钟必须按这个效应修正,否则导航会天天"漂移"。详见 狭义相对论

⚡ 实验二 · 光电效应(光子敲电子)

拖动"光的频率",看金属会不会溅出电子。注意:低于某个频率,光再亮也打不出电子——只和"颜色"有关。

光量子与金属板

可拖动

光子带着能量 h·f 砸向金属;频率够高才能把电子敲出来。

先猜一猜:用很暗的紫光能打出电子吗?换成很强的红光呢?

颜色含义光子金属里的电子暖色(橙/琥珀)=主体、被观察的对象(虚线框=系列通用约定)
🧠 看明白了吗?

"能不能打出电子"看频率不看亮度,这正是旧理论解释不了的——爱因斯坦用"光是一份份光子"化解了它,并因此获诺贝尔奖。详见 光电效应

🌌 实验三 · 引力弯曲光线

拖动"恒星质量",看一束掠过恒星旁边的光怎么被掰弯。质量越大,时空弯得越狠,光偏折越明显。

时空弯曲与光线

可拖动

光本应走直线,却被恒星弯曲的时空"拉"向它。

先猜一猜:光没有质量,为什么还会被恒星“拉”弯?

颜色含义灰虚线=没有引力时本该笔直的路径恒星暖色(橙/琥珀)=主体、被观察的对象(虚线框=系列通用约定)
🧠 看明白了吗?

1919 年日全食,天文学家正是测到星光被太阳"掰弯"了约 1.75 角秒,才证实了广义相对论。详见 广义相对论

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