牛顿的绝对运动观
下面,我要虚构一段牛顿在剑桥大学给物理系的新生们授课的场景。有史料表明牛顿的讲课水平出奇的烂,据说常常在他的课堂上,到第一节结束的时候,座位上的学生已经寥寥无几,牛顿只好对着空荡荡的教室快点把剩下的内容讲完,然后匆匆回到实验室做研究去。以至于后来牛顿把每节课的时间减少到15分钟,这样才不至于要对着空气讲课,可见,牛顿实在不能算得上一个称职的老师。但为了让各位可敬可爱的读者能坚持看下去,我会尽可能地把牛顿的这个短板补上,把这个课讲得有趣一点。特别申明,场景和对话纯属虚构。
牛顿说:“同学们,上课了!下面开始点名。Tom,ok,Jerry,ok,嗯,不错,今天来了两个,比昨天多了一个。今天我们要讲的是时间、空间和运动。
“我们假设有一艘船正以10米/秒的速度开着(画外音:船,怎么又是船,我说你就不能新鲜点吗?换个火车啥的。唉,我也不想啊,那个时代没有火车、飞机、火箭,能开的东西不是马车就是船,所以那会儿的物理学家一说起运动,就只能说船,但我跟你保证我们这本书的后面不但有飞机还有宇宙飞船,包你过瘾),Tom,现在我把你扔在船尾,你以1米/秒的速度朝船头方向走动。Jerry,你站在岸上,我想问一下,Tom在你眼里的速度是多少?Jerry,Jerry,这才刚开始你怎么就打瞌睡了,振作点,这还有读者呢!好吧,Jerry,看在你这么诚恳地看着我的分上,我就不难为你了。
“我们利用伽利略变换式可以很容易的就算出,在Jerry的坐标系里面,Tom的移动速度是船的移动速度加上Tom自己走路的速度,也就是10+1=11米/秒。
“那么,问题一:如果Jerry自己在岸上用2米/秒的速度和船做同方向运动,在Jerry眼里Tom的速度是多少呢?问题二:如果Jerry和船做着反方向运动,在Jerry眼里Tom的速度又是多少呢?
“我们再次利用伽利略变换,可以算出,问题一是10+1-2=9米/秒,问题二是10+1+2=13米/秒。Tom&Jerry,你们的老师我如此婆婆妈妈啰啰唆唆地问你们这些看似很无聊的问题,是希望你们能自己总结出速度合成的规律,给出速度合成的定理。怎样,你们俩个谁先表现一下?”