帆船从哪儿启航?

一只小船正在横渡一片湖泊。图11里的箭头a代表它的速度矢量。一只帆船从垂直方向向它驶来,箭头b代表它的速度矢量。帆船是从哪儿启航的?你立刻下意识地指向点M,但小船上的人会给出另一个答案。这是为什么?

图11 帆船的航向与小船垂直。箭头ab分别代表它们的速度。小船上的人怎么看?

在他们看来,帆船的航向与小船航向并不垂直,因为他们没有意识到自己正在运动。他们觉得自己是静止的,周围的所有东西以船的航速朝反方向运动。从他们的视角看,帆船不仅沿着箭头b的方向运动,同时也沿着虚线a的方向运动——与他们自己的方向相反(图12)。帆船的这两种运动——相对于湖面的运动与相对于小船的运动——通过平行四边形法则叠加为一种,于是小船上的人认为,帆船实际上正沿着平行四边形的对角线运动,所以他们觉得帆船的启航点不是M,而是离小船更远的点N(图12)。

图12 小船上的人认为,帆船是斜着朝自己开过来的——从点N启航

由于我们随地球一起在它的公转轨道上运动,所以我们看到的恒星的位置也是失真的——正如小船上的人会误判帆船的启航点。沿着地球公转的方向,我们看到的恒星位置比它们的实际位置更远。当然,相对于光速,地球的运动速度慢得不值一提(慢10000倍),因此,这种被称为光像差的恒星位移小得可以忽略不计。但在天文设备的帮助下,我们可以探测到它的存在。

你喜欢这个帆船问题吗?那么不妨再回答两个相关问题。第一,请思考:帆船上的人看到的小船运动方向是怎样的?第二,帆船上的人会觉得小船正驶向哪里?要回答这两个问题,你必须以箭头a(图12)为基础画一个平行四边形,它的对角线会告诉你,在帆船上的人看来,小船是斜着开的,仿佛正驶向岸边。