圣诞老人之爱因斯坦

0

圣诞节刚过不知道各位学习物理竞赛的同学们过的怎么样呢,反正质心教育小编是在苦逼苦逼的加班ing中,但是按道理来说圣诞节是应该收到礼物的,大家有没有收到呢~~

我们都知道在圣诞期间,圣诞老人总是挨家挨户地从烟囱进入屋里,然后偷偷把礼物放在好孩子的袜子里或者圣诞树下。在一夜之间给7亿的小孩都送上礼物,这听起来简直就是不可能完成的任务。

圣诞老人究竟是如何做到的?1905年的时候,爱因斯坦就为我们提供了答案。

爱因斯坦

爱因斯坦

根据狭义相对论当物体运动的越来越快的时候,距离就会变的越来越短。物理学家Katy Sheen计算得出,圣诞老人驾着驯鹿拉的雪橇必须以大约每小时一千万公里的速度,才能在31个小时(考虑到不同的时区)内给全世界的小朋友送上圣诞礼物。

狭义相对论也解释了,为什么圣诞老人挺着自己的翩翩大肚、背着大礼物袋也够钻进烟囱。因为在他给每个小孩送礼物的旅途中,他会在他航行的方向缩小——或者说变瘦。但是他必须要非常注意,如果他因为烟囱里的一个肉馅饼而停住脚步的话,他就会变回原样!

狭义相对论

根据狭义相对论(E=mc²),物体在高速运动时会缩小

而之所以别人看不到他是因为他的移动速度太快了。根据多普勒效应,当圣诞老人达到一定的高速时,他释放的光波会变压缩,从红色变成绿色,直到肉眼无法分辨,消失的无影无踪。

多普勒效应也解释了为什么我们无法察觉圣诞老人的到来。因为圣诞老人和雪橇到达时,铃铛和他经典的“ho,ho,ho”的声音会变得越来越高,直到超越人类听觉的范围,因此总是静悄悄的。

同时,或许你们也会好奇为什么圣诞老人不会变老?答案其实也藏着相对论中,当他高速移动的时候,时间也变慢了,他老去的速度要比我们慢的多。

但这并不是物理学家提出的唯一解释。

原理

雪橇的前方收缩,后方扩展

另一种理论认为圣诞老人或许使用了曲速引擎,就像在影片《星际迷航》中一样。这样的一种可能性由Migue Alcubierre在数学上证明了(即阿库别瑞引擎)。但是,这就需要非常巨大的能量来将雪橇前方的时空收缩以及雪橇后方的时空扩张。除非圣诞老人掌握了关于能量产生的秘密,否则这样的一种旅行方式是行不通的。

还有一种可能的答案隐藏在量子力学之中,这允许物质在极短的时间内传送到很长的一段距离。为了让圣诞老人能够利用量子力学进行航行,他依然需要巨大的能量来源。

不管圣诞老人是如何完成在我们看来不可能的任务,有一件事是肯定的,那就是圣诞老人必然是一位物理学专家。

下次,当小朋友们问道有关圣诞老人的问题,我们就可以不用只回答:“魔法”。而是给他们一个更合理的物理解释。

Comments are closed.