跟着光线跑你会看到什么现象

要是你真的能跑得象光那么快，以至能跟上光线的话，那么世界上的一切在你看来将是异乎寻常的。这时，你去测量一把尺的长度L1，会发现它竟比日常所见的长度L缩短了不少。两者的关系为${l_1} = l\sqrt {1 - {V^2}/{C^2}} $，这式中的V是你跟在光线后面跑的速度。你在光线后面跟得越紧，测量下来那把尺就缩得越短！这时，正方形在你的眼中将缩成长方形，圆将变成椭圆。静止时量出是页尺长的木棍，这时量下来也许不到六寸了。

与此相仿，时钟也走得慢了。原来12小时走一圈的时针运动，现在竟要花费三四十小时之多。一件事的发展过程原来需要花费时间为t，现在所需时间将增加为t1而两者的具体关系为${t_1} = t\sqrt {1 - {V^2}/{C^2}} $，V就是你跟在光线后面跑的速度。由于世界上没有比光跑得更快的东西了，因此V总是小于从而$\sqrt {1 - {V^2}/{C^2}} $总小于1，结果t1总大于t。这就是说，你在运动时观测到的时钟，总是比静止时观测到的走得慢。你跑得越快，你看到的时钟就走得越慢。当你以接近光速的速度飞跑时，“世上几千年，山中方数日”之类的神话也将变成现实。

尺缩短，钟变慢，这一切真的会发生吗？现代物理学告诉我们，在高能物理学中，诸如此类的相对论效应是屡见不鲜的。例如，带电的π介子是高能物理实验中常见的一种基本粒子，其质量介于电子质量和质子质量之间，所以叫“介”子。它们可以在高能质子轰击加速器里的一个靶时产生，这种π介子在离开靶时的速度接近光速。实验发现，当π介子静止时，测出它们的半衰期是$1.77 \times {10^{ - 8}}$秒，也就是说，在任何一个时刻存在的π介子的一半，将在$1.77 \times {10^{ - 8}}$秒内“死亡”(衰变成其他粒子)。而当π介子以0.99倍的光速运动时，却测得它们的半衰期是$13 \times {10^{ - 8}}$秒。这说明运动着的π介子，确实比静止的π介子“长寿”。

在高速运动时，不仅尺会缩短，钟会变慢，而且你会发现自己明显变重了。这里所谓的“重”，是指质量增大。静止时质量为m0的物体，当它以速度V运动时，质量将增大为m而$m = {m_0}/\sqrt {1 - {V^2}/{C^2}} $。实验物理学家们用仪器测到，宇宙线中运动速度达到光速的0.9998倍的那些电子，它们的质量比静止时的质量大1千倍。这种质量增大的相对论效应，在高速运动的粒子上很容易观察到。

那么，为什么我们平时观察不到相对论效应呢？难道飞机上的一把尺要比地面上的同一把尺短一些吗？是要短一些，但这是微乎其微的。例如，人造卫星以8.1公里/秒的速度绕地球转，这时，放在卫星上的一把米尺因为卫星的运动而造成的缩短也不会超过原长的万分之一。也就是说，1米长的一把尺只缩短了一根头发丝的直径还不到，这当然是难以察觉的。在日常生活中，出于我们接触到的各种物体的运动速度相对于光速来说总是十分微小的，所以相对论效应很难察觉。可是，在微观世界中情况就大不相同了，在那里，很容易遇到速度接近光速的微小粒子。例如，在加速器越造越大的今天，将电子加速到具有1千万电子伏能量是轻而易举的事。具有1千万电子伏能量的电子，它们的速度等于光速的0.9988倍。这时候，尺缩短、钟变慢、质量加重之类的和对论效应，就将十分明显。