NEWTON牛頓科學雜誌 9月號/2017 第119期：地...

你是否認為「1秒」、「1公尺」的長度，對每個人而言都一樣。顯示這樣的想法大錯特錯的，就是愛因斯坦所構築與時間和空間（時空）相關的物理學理論「相對論」。在本期第二回報導中，將介紹時間進程和空間大小（長度）將因人而輕易變化。而理解這種神奇現象的關鍵，就是相對論的立論基礎──光速不變原理、相對性原理（請參考118期）。下面，讓我們來認識顛覆傳統常識的時空神奇性質。

根據相對論，如插圖般高速運動的物體，沿著運動方向的長度會縮短。再者，運動中的人的時間跟靜止的人的時間相較，進程較為緩慢。因為「光速不變原理」是成立的，亦即不論從以何種速度運動的人來看光的速度都是一定的，所以應移動速度，時間和空間必須會伸縮。

118期「相對論的二大基礎公設」摘要

◎光速不變原理

光在真空中的速度為每秒29萬9792.458公里（約30萬公里）。誠如右邊插圖所示，該速度不管是光的發生源（光源）還是光的觀測者如何運動，都是固定不變的。
此外，因為不管從任何人的立場來看，光速都維持一定，因此也推導出速度再怎麼快都無法超越光速（光是自然界的最高速度）。

◎相對性原理

某物體究竟是移動的，還是靜止的，就像右邊所示，會因為觀察者的立場而變。再者，只要是以固定速度行進（在做等速直線運動）的環境，不管任何情況，相同的物理法則必定成立。
本期另一大報導為討論「地球 完全凍結」，在46億年的歷史中，地球有三次完全被冰所封凍，根據「雪球地球假說」（Snowball Earth Hypothesis）的說法，我們居住的地球在過去曾經發生過三次如插圖所示般的凍結情形。在2017年8月25日於台灣上映的動畫電影《大雄的南極冰天雪地大冒險》中，就是以雪球地球假說為背景，展開故事情節的。讀者中，也許有些人已經看過這部電影，說不定有人對雪球地球假說非常感興趣。地球全部被冰封凍並非僅是科幻世界的場景，其實在現實世界中也曾經發生過。
為什麼會誕生這樣令人驚訝的假說呢？整個地球被冰雪封凍的情形真有可能發生嗎？未來，地球還會再度被冰雪封閉起來嗎？讓我們一起來認識現在仍處於議論階段的雪球地球假說之謎。

「曾經，地球完全被冰所封凍」。也許從處於暖化狀態的現在地球，我們無法想像那樣的情景，但是根據科學家的研究推測，連赤道附近都曾經被冰雪覆蓋。現在已經從世界各地發現支持這個略顯無厘頭之假說的證據。

冰河所帶來的降石等稱為「冰河堆積物」，在全球差不多相同年代的地層中皆有發現。但是，儘管全世界的地層皆有顯示有冰河的證據，但如果說當時的地球皆被冰所覆蓋就言之過早了。大陸會因為覆蓋在地球表面的岩盤「板塊」（plate）移動而逐漸移動。因此，大陸並非自古至今都位在相同場所。
在1980年代，根據一部分研究者的調查，發表了在大約6億3500萬年前的地層所能看到的冰河堆積物是在低緯度形成的。美國加州理工學院（及日本東京工業大學地球生命研究所教授）的科胥文（Joseph Kirschvink，1953∼）博士等人認為該結果應該是錯誤的。博士反覆詳細地調查記錄在冰河堆積物的地磁痕跡，對該岩石是否的確形成於低緯度地區展開再調查。但是跟博士所想的相反，其調查結果判定冰河堆積物是在赤道附近形成的。

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