谁能为我解释一下潜水艇佯谬?

虽然相对论已经创立快一百年了，但仍然存在着一些佯谬有待解决。最近George Matsas在物理评论D辑上发表了一篇文章解释了一个相对论佯谬——潜水艇佯谬。潜水艇佯谬假设一艘潜艇以接近光速运动，由于尺缩效应在岸上的观察者看来应该变得短些和密度大一些，所以它应该下沉。但是在潜艇上的人看来，应当是水的密度变大，所以潜艇应当上浮。相对论的专家们知道解决这个佯谬的关键在于理解接近光速运动参照系中重力场的特殊性质，但直到现在才有人详细地解决了这个问题。而且发现这个结果还与一个连爱因斯坦都没有预见的领域——黑洞热力学，有着深远联系。 在这个理想实验中，潜艇与水有相同的密度，在静止的状态既不会上浮也不会下沉。但是当考虑到相对论效应的时候，物体在以接近光速运动时会收缩，所以根据岸上的观察者，潜艇的密度会变大。但是相对论告诉我们，潜艇上观察到的事件与岸上观察到的应当是等效的。对于他们来说，潜艇是固定的，海洋（的水）是以更大的密度向后运动的。因此船员们会得出这样的结论：他们会上浮，但是他们的结论是错的。因为他们不只是看见海水快速运动，他们还看到一个以接近光速运动的重力场。显然，这个问题比看上去要复杂的多。 1989年，James Supplee曾用狭义相对论处理了这个问题，虽然他的解决方案中用了一些近似，但仍然解释了这个佯谬。由于狭义相对论不适用于包括重力场的问题，所以Supplee假设海洋（而不是潜艇）根据爱因斯坦等效原理做加速运动。等效原理说，物体在无重力场中做加速运动升降机中的运动，等效于物体在一个重力场中的运动，所以升降机中的物体会落下来。 在Supplee的近似中，潜艇上的人认为，虽然他们相对于海水潜艇是上浮的，但潜艇仍然会沉到海底。原因是在船员看来，海底不再是平坦的，由于广义相对论效应海底会发生弯曲而翘起来。当海水和变弯曲的海底达到潜艇时，海底平面逐渐升高，最后就碰到了潜艇。 巴西圣保罗大学的George Matsas现在考虑了重力场的存，并使用广义相对论的严格数学方法重新解释了这个佯谬。“根据广义相对论，快速运动的物体会携带额外的能量，而快速运动的场也会获得能量。对于潜艇来说，这个具有更多能量的场比静止的场有更大的向下拉的力。”悉尼麦考瑞大学的Paul Davies教授这样解释Matsas的理论。 令Supplee高兴的是，现在这个问题得到了更加完美的解决。他说：“Matsas已经完成了这项工作。”Matsas认为他的答案可能还会与黑洞有关。根据热力学第二定律，黑洞会辐射电磁场——即：霍金辐射，霍金辐射会对周围的物质形成“浮力”。根据Matsas的工作，一个围绕黑洞快速运动物体的浮力应当会变小。现在Matsas正致力于这个新问题的研究。

我话你知，潜水艇就是可以下沉，可以上升的潜水工具。