和家长分角色扮演双生子,一人全程匀速、一人中途掉头,指出是谁的旅程不对称、所以谁更年轻。
取 v/c = 0.8,用 L = L₀√(1-v²/c²) 算 1 米尺收缩后的长度,再试试 v/c = 0.99。
画一张时空图:纵轴时间、横轴空间,从原点画出光锥,标出「未来」「过去」「别处」三个区域。
查资料比较 M87 中心黑洞和银河系中心黑洞,说说 EHT 两张照片拍摄的年份和难度差异。
用两根绷紧的橡皮筋模拟 LIGO 两臂,说说引力波经过时它们的长度会怎样不同步变化。
观察电炉丝、蜡烛火焰、白炽灯的颜色,按温度从低到高排序,并用黑体辐射解释。
玩台球或弹珠,观察母球撞子球后的速度变化,类比光子撞电子后能量和波长的变化。
搜索一张扫描隧道显微镜拍的原子照片,数一数原子个数并描述排列形状。
搜索「超导磁悬浮」演示视频,解释迈斯纳效应为什么能让磁块正浮、倒浮都不掉。
参考答案(家长):v/c = 0.8 时,根号里是 1-0.64 = 0.36,开方 0.6,尺缩到 0.6 米;v/c = 0.99 时约缩到 0.14 米——越接近光速收缩越剧烈。
参考答案(家长):弟弟始终在一个惯性系里,哥哥必须经历减速掉头才能回来,加速让两人的旅程不再对称;分段计算两参考系的时间,结论一致——飞船上的哥哥更年轻。
参考答案(家长):M87 黑洞照片 2019 年发布,银河系中心黑洞(人马座 A*)2022 年发布;后者小上千倍、变化快,成像更难,要靠全球 8 台射电望远镜组网成地球大小的虚拟望远镜。
参考答案(家长):光锥内(未来/过去)是可以建立因果联系的区域;光锥外是「别处」,那里的任何事件都无法影响原点,也无法被原点影响,连先后次序都因参考系而异。
参考答案(家长):温度从低到高大致是蜡烛红黄色、电炉丝暗红到橙红、白炽灯黄白;温度越高,黑体辐射的峰值波长越短,颜色越偏蓝白,所以炉温颜色能当温度计用。
参考答案(家长):引力波让空间在一个方向拉伸、垂直方向压缩且交替进行,两臂长度此消彼长,激光干涉条纹随之移动;LIGO 就靠这约 10⁻¹⁹ 米的差别捕捉信号。
参考答案(家长):常见如 IBM 用 35 个氙原子拼出的标志、48 个铁原子围成的量子围栏;原子在照片里呈一个个隆起小包,排列整齐,体现 STM 的单原子分辨能力。
参考答案(家长):母球把部分动能传给子球而减速,类比光子把部分能量传给电子,频率降低、波长变长;变化量只由散射角决定,这正是康普顿公式的预言。
参考答案(家长):超导体的迈斯纳效应把磁力线排出体外,磁场被钉扎在超导体内部缺陷处,形成稳定的「磁锁」,所以磁块正放、倒挂都能悬住不掉。