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相对论的尺缩钟慢的结论的得出

相对论的尺缩钟慢的结论的得出

作者: 你上课S | 来源:发表于2019-02-16 13:16 被阅读2次

    定义静止坐标系0(以下简称静系),相对静止坐标系向右运动的运动坐标系1(以下简称动系)。

    一个时空事件相对静系的坐标用(x,t)表示,相对动系的坐标用(x',t')表示。

    动系以速度v相对静止坐标系向右运动,v是在静系上测得的结果(实际上动系上测量静系也是这个结果)\frac{x}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2} } }

    先解释钟慢:

    一个钟放在动系的原点上,经过t秒,钟突然爆炸,这个事件相对静系的坐标是(tv,t),相对动系的坐标是(x',t'),其中,t'=\frac{t-\frac{v^2t}{c^2} }{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2} } } =t(\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2} } )<t,也就是说,动系的钟爆炸的时候,显示的时间小于静系的钟显示的时间。这就是钟慢。

    再解释尺缩:

    一个炸药放在相对于静系的一个点x上,0时刻突然爆炸;这里0指的是此时动系刚开始运动,静系与动系的原点重合。相对动系,事件(x,0)(即爆炸事件)的时空坐标为(x',t'),其中,x'=\frac{x}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2} } } >x,即x'的尺子缩短了(因为缩短了所以测出来要更长)。

    但,仔细想想,似乎产生了这样一种问题:如果说动系的钟相对于静系慢了,那是不是意味着静系的钟相对于动系快了;同样,如果说动系的尺子相对于静系短了,那么是不是意味着静系的尺子相对于动系长了呢?如果答案是“是”的话,既然可以反过来把动系当成静系,静系当成动系,不就不对称了吗?

    但不是的,洛伦兹变换恰好解决了这个问题,在以上两个结论的得出中,第一个结论只计算了t',而没有计算x',第二个结论只计算了x',而没有计算t'。实际上,第一个结论中的x'=0,第二个结论中的t'<0,拿第二个尺缩的结论来说,如果站在动系的参照系上,把x'和t'代入洛伦兹变换(此时静系相对动系运动速度为-v)可以算出,对于静系来说x=x,t=t正好又变了回去。这意味着,把”尺缩钟慢“这个过程进行两次,就变回了正常状态。

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