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视差游戏
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伸出一根手指,把它举到面前,然后视线投向窗外。闭上右眼,再观察一下手指的位置。现在换一只眼睛,闭上你的左眼并睁开右眼。左右眼来回试几次。以机窗和窗外的景物为参照物,你会发现手指一会儿离你近一会儿又离你远。显然,你的手指是不会前后移动的,但是,手指出现的位置根据视角的变化有所调整。视角不同,手指在视觉上的位置也随之改变。
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这种现象被称为视差,它能制造出更令人迷惑的视觉效果。如果你的下方有云朵或是一些显著的景观,将视线落在近景与远景的中间。盯住那个地方看上一会儿。若以视线聚集的中间点为参照物,那些远距离的云朵或景物是如何运动的呢?而那些近处的又是如何运动的?对比中间点来说,远处的物体似乎在向近处运动,而近处的物体似乎在向远处运动。
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我们的眼睛通过两个不同的视角来观察世界,看到的物体具有三维立体感,如果闭上左眼或右眼,你看到的将会不同。当你变换视角时,物体离双眼越远,视差位移就越小,所以手指看上去在来回移动。想象一条直线连接着你的左眼和一个远处的物体。现在切换到你的右眼,再想象一下这条线将如何移动。远处的这个物体,以及你两眼形成了一个扇形,而当左右眼切换时,离双眼越近,这条直线扫过的弧线就越长,反之则越短。同样的,近处的云朵在相同时间内位移更大,因此一闪而过,而远处的物体看上去却几乎静止。
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想象一条直线连接着你的某一只眼睛和远处的物体,在这条线的中间做个标记,随着你视角从左眼变换到右眼,物体与那条虚拟直线的位置也会发生改变。虽然以飞机为参照物,物体是向后移动的,但是和中间点比起来,物体向前移动了。而那些离中间点较近的物体则会随着视角的变换后移。事实上,若互为参照物时,这些物体的位置并没有改变。变换的视角导致了它们视觉上的移动。
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飞行中的科学 有趣的对比
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当与参照相比,某物发生了运动,就像相对于机窗外的景物来说(机翼那些固定在飞机上的东西除外),你也在运动那样,这种运动产生影响就叫做相对论。如果你搭乘的是廉价航空,现在差不多到了享用茶点的时候了,让我们趁机来感受一下所谓的“机舱相对论”吧。
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爱因斯坦曾经说过一段非常著名的话来描述某种相对论。“男人与一位美丽的女士比肩而坐时,一小时就像一分钟那么短暂。但是如果让他在热腾腾的火炉上蹲上一分钟的话,这一分钟将比一小时还要漫长。这就是相对论。”如果你坐过飞机,就会有相同的感受吧。当你一边喝着饮料一边与邻座愉快地聊天时,时间仿佛过得飞快,而当你边上坐了一个闷罐子,时间就好像永远也过不完。
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虽然爱因斯坦调侃地把这种现象也称为相对论,不过他是想通过这个玩笑来说明时间的主观性。指针匀速的滴答向前,时间在一丝不苟地流逝,它是客观、严谨、科学的,然而,人主观体验上的时间则完全又是另外一码事。俗话说,心急吃不了热豆腐,心越急,你反而会觉得等待的时间更长。不过,在飞机上,你看到的许多现象都能用相对论来阐释,当然,这个相对论是物理学意义上的相对论。
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飞行中的科学 伽利略的天才想法
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只要一提起相对论,我们就会想到伟大的爱因斯坦,不过,这个概念不是他首创的。伽利略是相对论概念的奠基人,他在17世纪30年代提出的一些想法成为了相对论的重要基础,不过在当时,这些想法震惊了许多人。
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破冰者
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倒一杯饮料,在里面放一块冰。把杯子放在桌子上,然后观察那块冰。如果有可能的话,观察一下平稳飞行中冰的状态。再看一下当飞机遇上气流,或加速转弯时,冰又会发生什么变化。
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在没有加速的平稳飞行中,冰一动不动地浮在杯面上,好似被放在了地上一样。在这种情况下,如果拉下遮光板,你会觉得自己根本就不在飞行中。你没法在机舱里捣鼓那些能证明你是在运动中的物理实验。这种平稳会让我们错以为自己在陆地上。这就是伽利略天才的想法。他通过一艘平稳行驶的船来说明了他的想法,道理是一样的。
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当飞机经过气流或加速时(转向也是加速的一种),那种我们习以为常的平稳状态瞬间就被打破了。冰摇摆起来,我们开始上下颠簸,左右摇摆,这一切都提醒着我们,飞机正在运动。
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伽利略认识到任何运动都是以其他参照物为前提的。如果两个物体以相同的速度运动,对于它们彼此来说,另一个物体都是相对静止的。如果你看见附近还有一架飞机,若它的飞行速度与你相同,而且也朝着同一方向飞去,在你看来,这架飞机就是静止的。不过,这不仅仅只是视觉上的问题——如果以你的飞机为参照物的话,这架飞机就是静止的。假设两架飞机能挨得足够近,你甚至能轻松地登上另一架飞机,完全察觉不出它们是处于运动状态的。
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对于伽利略来说,这个认识非常重要,因为它有力地支持了哥白尼提出的太阳中心说(地球绕着太阳运动)。自古希腊起,人们就认为地球不会转动,它静止地悬挂在宇宙中心,而太阳(和其他所有的星球)则围绕着地球旋转。在伽利略的时代,人们否认地球是处于运动状态的,普遍的观点认为如果地球在动,那些没有被固定在地面上的物体肯定会被甩出地球。当然,这种观点是错误的,从我们的角度来说,地球的确是不动的。因为,我们所有人都随着地球旋转的速度与它一起运动着(除非,例如我们坐在飞机上)。
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