資料來源： 新華網

2003年7月31日

新華網華盛頓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”。 巴西聖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Ｄ》雜志上發表的研究結論認為，那 艘潛水艇最終將沉入水底。 根據愛因斯坦的相對論，物體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”指的是這樣一種理論假想情況：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，然后再假設它在與海面平行的方向上以接近光速行進。 基于物體長度會在運動方向上收縮的相對論效應，在海面上固定船 只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，兩種看法似乎都沒有 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，最終與潛艇接觸，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驚奇”。