两个鸡蛋相撞中的力学问题
取两个硬度、大小基本一样的鸡蛋,左右手各拿一个,然后用一手中的鸡蛋向另一手中的鸡蛋撞去(图1)。注意,这里两个鸡蛋碰撞的部位也基本一致,那么你猜哪一个手里的鸡蛋会被撞破呢?
这是美国《科学和发明》杂志中曾刊登过的一个问题,杂志也肯定地给出了答案:通过多次试验发现,被撞破的多是主动去撞的鸡蛋,也即处于“运动状态”下的那个鸡蛋。
为什么会这样呢?杂志给出了解释:“蛋壳的外形呈拱形,当两个鸡蛋发生碰撞的时候,保持不动的鸡蛋,其压力会作用于外壳,并得到加强,这是因为拱形物体对外来压力的承受力很强。不过,与静止的拱形物体相比,处于运动中的拱形物体,所承受的压力是完全不同的。在这个试验中,运动中的鸡蛋,不仅承受着外在的压力——来自于静止鸡蛋相撞的压力,还有来自内部的压力——鸡蛋蛋液由内朝外运动的压力。对这种来自内部的压力,拱形物体的承受度,要远低于对外部压力的承受度,更何况是双管齐下的情况,所以,撞破的就总是运动中的鸡蛋了。”
当这个问题出现在列宁格勒(现俄罗斯圣彼得堡)的报纸上后,各种稀奇的答案纷至沓来。
很多人认为被撞碎的一定是主动去撞的鸡蛋;但也有一些人觉得,主动去撞的鸡蛋会是完好无损的那个。他们给出的理由看上去似乎都各有道理,但事实上却都是错误的。因为他们的大前提——说主动去撞的鸡蛋是运动的,而被撞的鸡蛋是静止的——这一论点本身就是错误的。我们不能过分强调鸡蛋的运动与否,因为不论是主动去撞的还是被撞的鸡蛋,两者之间并没什么不同,用什么标准来确定鸡蛋的动与不动呢?
如果是从地球上来说,那我们知道,地球本身也是在不断运动的,而且它的运动呈现为十几种不同的方式。不管是主动去撞的,还是被撞的,都会存在多种不同的运动方式,谁能说两者哪一个运动得更快呢?
如果是从运动和静止的特征上来说,那就算是看遍所有的天文学书籍,恐怕也无法准确预测两个鸡蛋的结局——因为天空中每一个可见的星星,都是运动的,它们所在的整个银河系,相对其他星系而言,同样也都是运动的。
瞧,两个鸡蛋,便将我们带向了深奥的宇宙学,而问题也还远远没有解决。当然,这种说法并不确切,因为问题毕竟向解决的方向靠近了——它让我们明了一个真理:不就某一相对物体而言,单独去谈论一个物体的运动,是完全没有意义的。就单一的物体来说,没有运动与否之说;运动,至少得是两个物体之间的对比,或是靠近,或是远离。上文中两个鸡蛋的相撞是在相同的运动状态进行的,它们在相互靠近——对于它们的运动,我们只能确定这一点。至于相撞后可能出现的结果,却并不在于我们把哪个看成是主动去撞的一方,哪个又是被撞的一方而产生不同。
300多年前,伽利略已经提出了静止与匀速运动的相对性,也即众所周知的力学相对论。这里提醒大家,不要与爱因斯坦的相对论混淆,爱因斯坦的相对论是在20世纪初才出现的,况且他的相对论也是在伽利略相对论的基础上发展起来的。P3-4