巴西科學家徹底破解著名的“潛水艇悖論”
巴西科學家徹底破解著名的“潛水艇悖論”ꄠ
新華网華盛頓7月30日電(記者毛磊)
一艘以接近光速行進的潛水艇，它究竟是會浮在海里還是會最后沉下去
？這是一個悖論，是由愛因斯坦相對論引出的著名的“潛水艇悖論”。
巴西圣保羅州立大學的科學家馬察斯最近宣布徹底破解了這個悖論。他
在新一期美國《物理評論》雜志上發表的研究結論認為，那艘潛水艇最終將
沉入水底。
根据愛因斯坦的相對論，物体的長度在運動方向上會產生收縮。舉例來
說，一列以近光速飛跑的火車，在站台上靜止的觀察者眼中會變短﹔而在火
車上的乘客看來，以接近光速后退著的站台卻收縮了。
而所謂“潛水艇悖論”指的是這樣一种理論假想情況：首先假設一艘完
全浸沒在海中的潛水艇，在相對海水靜止時能不升不降地正好保持平衡，然
后再假設它在与海面平行的方向上以接近光速行進。基于物体長度會在運動
方向上收縮的相對論效應，在海面上固定船衹上相對海水靜止的觀察者看來
，潛水艇本身會收縮，密度會變大，并最終下沉。但潛水艇上的船員們看到
的卻是飛速向后的海水在收縮，密度在變大，他們會得出結論認為，由于海
水密度變大后產生更大浮力，潛艇將漂浮而上。按照相對論，兩种看法似乎
都沒有錯，潛艇到底是沉或浮的悖論由此而生。
早在1989年，美國物理學家薩普利曾利用愛因斯坦狹義相對論，為“潛
水艇悖論”提供了一個解答。雖然薩普利的結論也是潛艇將下沉，但他在研
究中人為地假設海底在特定參照系中會加速上升，并由于相對論時空效應而
扭曲變形，最終与潛艇接触，結果潛艇客觀上看是沉沒了。這一解釋不是特
別有說服力。
馬察斯指出，“潛水艇悖論”之所以讓人迷惑，是因為提出這個悖論時
沒有考慮海水重力場對潛艇的作用。在不同參照系下，相對海水靜止的觀察
者和潛艇船員所處的重力場并不相同。他通過嚴密的數學推理發現，從潛艇
船員的角度來看，潛艇以接近光速運動過程中受到的有效重力，實際上也比
潛艇相對海水靜止時要大。這一重力將超過由于海水密度變大而產生的浮力
，最終導致潛艇下沉。
“潛水艇悖論”從一個側面展示了相對論的神奇。正如馬察斯在論文中
指出的，雖然愛因斯坦相對論提出已近100年，但到目前為止，它“居然仍有
本事給我們制造惊奇”。(完)
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