若不想看数学,你可以跳过下一段,但你必须相信,任何人都能算出最后的数值。书中碰到的其他数学问题也一样,跳过它,别担心。尽管数学有助于更深入地理解物理,但撇开它们,本书一样可以读懂。若你以前没有任何数学经验,或许你能跟着学一学。在这里,数学问题已经变得相当容易,你只要不抵触它就好,一些常见的脑筋急转弯都比我们的数学难。说来说去,数学可能是读懂本书的一个小挑战,但是值得去努力尝试。
回到图2,对站台上的人来说,一个时间单位的一半是光从底部反射镜传播到顶部反射镜所用的时间,假设它等于T。我们先找到T,然后让它翻倍,就得到了整个时间单位的长度。知道T之后,我们可以计算出三角形最长边(斜边)的长度cT,即光速(c)乘以光从底镜到顶镜所用的时间(T)。请记住这样一个定义,物体通过的距离等于物体的速度乘以运动的时间。例如,一辆汽车以60英里每小时的速度在一小时内行驶的距离是60×1=60英里。算出两个小时走过的路程也不难,你只需调用公式“距离=速度×时间”。知道T之后,我们还可以计算出时钟在半个时间单位中移动了多远。若火车以v的速度移动,那么仅仅调用公式“距离=速度×时间”,就可以得到在半个时间单位中光钟移动的距离是vT,这个距离是三角形底边的长度。因为我们已经表示出最长边的长度[21],因此,只需使用下勾股定理就可以找到它与镜间间距的关系。已知镜子间间距为1米,根据勾股定理就有(cT)2=12+(vT)2。在数学中,圆括号表示计算操作的先后顺序,例如,公式中(vT)2表示:“首先把v乘以T,然后给它的结果求平方。”仅此而已。
知道光速c,火车的速度v,T就可以从公式中得出来了。最粗暴的方法就是猜测了,猜一个T的值,看它是否满足方程。大部分猜测都是错的,你需要一遍一遍地尝试,一番操作后就可以找到答案。这个过程很烦琐。幸运的是,我们可以通过“解”方程来避免这个烦琐的过程。此方程可以表示为T2=1/(c2-v2),其中,斜杠用来表示“除以”,如,1/2=0.5,再如,a/b表示“a除以b”。上式的意思是“先算出c2-v2,然后再用1除以它。这样我们就得到了T2的值了。如果你有一些数学基础,这确实有些无聊。如果你没有数学基础,不能理解为什么T2=1/(c2-v2),不用去管它,请相信结论,或者往公式里代入些数值验证下。得到T2的结果,也就是“T乘以T”的结果,然后通过对结果求平方根就可以得到T的值。在数学里,一个数的平方根是这样定义的:一个数的平方根乘以它自身,等于这个数。例如,9的平方根是3,7的平方根接近于2.646。大多数计算器有计算平方根的功能。一个数的平方根通常由符号表示,求平方和求平方根互为逆运算,如42=16。
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