勞侖茲因子
/ LOR-ents factor; the symbol gamma is said GAM-uh /
狹義相對論說,對高速運動的東西而言,時間會變慢、長度會縮短、能量會暴漲——但究竟變多少?勞侖茲因子就是回答這個問題的那個數。它通常用希臘字母 gamma 表示,是一個拉伸兼收縮的倍率,只取決於你相對光速跑得多快。慢吞吞時 gamma 基本就是 1,意味著沒有任何相對論效應。當你的速度朝光速攀升,gamma 便朝無窮大攀升。
具體地說,gamma 等於 1 除以根號下(1 減去 v 的平方除以 c 的平方),其中 v 是速度,c 是光速。代入數字就會顯出一種規律。在半光速時 gamma 約為 1.15——一個百分之十五的效應。在 90% 光速時約為 2.3。在 99% 時約為 7。在大型強子對撞機的 99.9999991% 時,gamma 約為 7500。這個因子很長一段時間都貼近 1,然後在末尾附近猛然飆升,這正是相對論效應看上去會「突然開啟」的原因。
gamma 是相對論記帳的主力。一個粒子的總能量等於 gamma 乘以它的靜止能量,它的動量等於 gamma 乘以靜止質量再乘以速度,所以一旦知道 gamma,你幾乎就什麼都知道了。它還告訴你快速粒子的內部時鐘被減慢了多少:gamma 為 20 的粒子,老化速度比靜止粒子慢 20 倍——這正是一個短命粒子在束流管內就衰變掉,與它活得夠久從而能被追蹤著穿越整個探測器之間的差別。
gamma = 1 / sqrt(1 - v^2/c^2)。在 v = 0.99c 時 gamma 約為 7;v = 0.999c 時約為 22;v = 0.9999c 時約為 71。
給速度多添幾個 9,gamma 就成倍猛增——當 v 趨近 c 時該因子發散。
gamma 永遠大於等於 1,絕不會更小;若算出的 gamma 小於 1,那是算錯了,因為那需要超光速。