力学相对性原理思维模型:视角限制了看问题的方式
一、 什么是力学相对性原理
力学相对性原理(伽利略相对性原理)仅指经典力学定律在任何惯性参考系(惯性系)中数学形式不变,换言之,所有惯性系都是等价(平权)的。
伽利略用物理学原理为哥白尼地动学说进行辩解时,应用运动独立性原理通俗说明了石子从桅杆顶上掉落到桅杆脚下而不向船尾偏移的道理。进一步以作匀速直线运动的船舱中物体运动规律不变的著名论述,第一次提出惯性参考系(惯性系)的概念。
这一原理被爱因斯坦称为伽利略相对性原理,是狭义相对性原理的先导。从伽利略变换可以导出力学相对性原理。
二、 力学相对性原理的案例分析
案例一,伽利略地动学说的辩论:
16世纪时,反对地动学说的人常常提出一个问题:如果地球在太空中快速移动,为什么我没有感觉到风在猛吹我的头发,为什么地面上的人根本感受不出来? 我们在以同样的速度和地球一起移动
1632年,伽利略在名著《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》,给出了下面解释:
把你和一些朋友关在一条大船的甲板下的主舱里,让你们带着几支苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫,舱内放一支大碗,其中有几条鱼,然后,挂上一个水瓶,让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐里。
船停着不动时,你留神观察,小虫都以等速向舱内各方向飞行,鱼向各方向随便游动,水滴滴进下面的罐中。你把任何东西扔给你的朋友时,只要距离相等,向这一方向也不比向另一方向更多用力。你的双脚齐跳,无论向哪个方向跳过的距离都相等。
当你仔细观察这些事情之后,再使船以任何速度前进,只要运动是均匀的,不忽左忽右地摆动,你将发现,所有上述现象都没有丝毫变化,你无法从任何一个现象来确定,船是在运动还是在停着不动。即使船运动得相当快,在跳跃时,你也将和以前一样,你跳向船尾也不会比跳向船头更省力。
假设你在船里从高处抛下一个小球,在船舱的你会觉得小球只是原地垂直落下,而对于在船外的小鱼而言,这个小球同时还横向运动了一段距离。
我们的古人也说过:“地恒动不止,而人不知,如坐闭牖舟中,舟行而人不觉也。”出自《尚书纬·考灵曜》
案例二,物理学中的参照物:
我至今还记得初中学物理时的一个结论:世界任何物体,无论做多么复杂的运动,如果以自身为参照物,它都是静止的。
我们对这个世界的感知,总是基于我们选择的参照物。坐在飞机里的人无法直观感知自己的运动速度,地上的外部观察者才可以真切地了解。
同样我们做在车上,我们看车内某个固定的物体没有任何移动,我们认为它是静止的;而车外的人,却看到这个物体和车子一起移动了好远一段距离。
同样我们在车内,一不小心的把随身带的手机掉在车内,我们看到的是手机垂直的掉在了车厢内,而透过车窗,车外面的人看到的却是,手机下落的同时,也向前移动了一段距离,相当于手机掉落的过程,做的是个抛物线的运动。
案例三,知识的诅咒:
有些时候,不是别人的做法不可思议,而是我们总是难以想到,别人并没有像我们一样掌握着独享的信息。我们称这个叫做“知识的诅咒”。
一个人一旦事先掌握了某种知识,就常常忘了其他人是不理解这种知识的。
与人分享知识的困境在于,我们无法理解不掌握这种知识的人的心理状态,也就是说,我们无法体验别人的“体验”,尤其是知识、技能方面的。
有时候,我们基于自己的理解和认知来阐述和分享,而别人却基于他个人的认知去往另外一层意思去理解。这也是为什么我们经常遇到答非所问的现象。
还有,我们都会遇到因为某个问题和别人争论不休,或许大家都没有错,只是各自站的立场不同、看待问题的角度不一样而已。就如同我们坐在汽车垂直抛硬币,理所当然的看到的是硬币垂直下落,而车窗外的人看到的则是另外一番景象。
三、 力学相对性原理思维的启发
当你熟悉了力学相对性原理的思维模型,你就会知道我们对外界的认知是有局限性的,如果我们想要全面了解我们的行动轨迹,我们必须对其它观点持开放态度。
测验一个人的智力是否属于上乘,只看脑子里,能否同时容纳两种相反的思想,而无碍于其处世行事。---托利得定理
我们日常工作中常说“屁股决定脑袋、位置限制想法”。我们所处的位置和角度决定和限制了我们看待问题的立场和深度。
“当局者迷,旁观者清”。在河中游泳的人,很可能无法知道前面有旋涡,而在岸上的旁观者,那怕连游泳都不会,却能在高处一眼看出危险。
也许我们鄙视跳广场舞的大妈,吐槽刷抖音的小镇青年。但是,如果我们用力学相对性原理的思维,稍微深入思考一下“生活压力带给人们的保守与怯懦,以及生活条件所限导致的不同品位”,我们可能会改变一下自己的观点。
每逢你想要批评任何人的时候,你就记住,这个世界上所有的人,并不是个个都有过你拥有的那些优越条件。
这也许就是力学相对性原理的思维给我们带来的最大启发,它可以让我们质疑我们所看到的未必就是合理的;让我们以平和的心态去看待那些和我们观点不同的人;遇到问题的时,也会提醒我们换个视角去思考,或许问题就豁然开朗。
愿你也能够掌握力学相对性原理的思维模型,期望它能够提高的你的思维和认知方式,给你带来不一样的启示。