基于同时的相对性对钟慢尺缩效应的再认识
“尺缩”、“钟慢”等效应是真实存在的吗？
“尺缩”、“钟慢”等效应是真实存在的吗？作者：曲元春来源：《发明与创新(综合版)》2005年第08期我们讨论的是爱因斯坦的狭义相对论，所以不应把其他人的各种相对论牵扯进来，也不要把爱因斯坦的广义相对论混杂进来。
也就是，在讨论的全过程中，应遵守不转移论题和偷换概念的逻辑规则，以爱因斯坦的表述和解释为依据，不人为地使问题复杂化，甚至玄虚化。
爱因斯坦在其瞅义与广义相对论浅说》一书中是这样表述和解释“尺缩”与“钟慢”效应的：“我们沿K′的x′轴放置一根米尺”，“问米尺相对于参考系K的长度如何?”“但米尺相对于K 以速度V运动。
因此当尺在运动时比在静止时短，而且运动得越快刚尺越短。
当速度 V。
c时我们就有(干号1减V2／C2)”。
“反之，如果我们所考虑的是相对于K静止在x轴上的一根米尺，我们就应发现，当从K，去判断时，米尺的长度是(干号1减V2／C2)，这与相对性原理完全相合，而相对性原理是我们考察的基础。
”“我们现在考虑永久放在K，的原点上一个按秒报时的钟”。
“从K去判断，该钟以速度V 运动；从这个参考物体去判断该钟两次滴嗒之间所经过的时间不是1秒，而是(干号1减V2／C2)秒”。
“该钟因运动而比静止时走得慢了。
”“尺缩”不可能是真的我们从爱因斯坦的表述和解释中可以得出这样的结果；从静坐标系(K)上去判断，动坐标系(K′)上的尺缩短了；而从动坐标系(K′)上去判断，静坐标系(K)上的尺缩短了。
也就是都判断对方的尺缩短了，而自己一方的尺并没有缩短。
因为“坐标”只是物体的位置、长度、运动状态等的经过“数学抽象”的“代表”。
爱因斯坦常以火车作为动坐标系，以路轨做为静坐标系，所以我们还可以得出这样的结果：从火车上去判断，路轨上的尺缩短了，火车上的尺没有缩短；而从路轨上去判断，火车上的尺缩短了，路轨上的尺没有缩短。
当火车的速度V=C时，从火车上去判断，路轨上的尺缩为0了；从路轨上去判断，火车的尺缩为0了；而自己一方的尺没有缩短。
电动力学 知识点总结
第一章电磁现象的普遍规律一、主要内容：电磁场可用两个矢量—电场强度和磁感应强度来完全描写，这一章的主要任务是：在实验定律的基础上找出, 所满足的偏微分方程组—麦克斯韦方程组以及洛仑兹力公式，并讨论介质的电磁性质及电磁场的能量。
在电磁学的基础上从实验定律出发运用矢量分析得出电磁场运动的普遍规律；使学生掌握麦克斯韦方程的微分形式及物理意义；同时体会电动力学研究问题的方法，从特殊到一般，由实验定律加假设总结出麦克斯韦方程。
完成由普通物理到理论物理的自然过渡。
二、知识体系：三、内容提要：1．电磁场的基本实验定律：（1）库仑定律：对个点电荷在空间某点的场强等于各点电荷单独存在时在该点场强的矢量和，即：（2）毕奥——萨伐尔定律（电流决定磁场的实验定律）（3）电磁感应定律①生电场为有旋场（又称漩涡场）,与静电场本质不同。
②磁场与它激发的电场间关系是电磁感应定律的微分形式。
（4）电荷守恒的实验定律,①反映空间某点与之间的变化关系，非稳恒电流线不闭合。
② 若空间各点与无关，则为稳恒电流，电流线闭合。
稳恒电流是无源的（流线闭合），，均与无关，它产生的场也与无关。
2、电磁场的普遍规律—麦克斯韦方程其中：1是介质中普适的电磁场基本方程，适用于任意介质。
2当，过渡到真空情况：3当时，回到静场情况：4有12个未知量，6个独立方程，求解时必须给出与，与的关系。
介质中：3、介质中的电磁性质方程若为非铁磁介质1、电磁场较弱时：均呈线性关系。
向同性均匀介质：，，2、导体中的欧姆定律在有电源时，电源内部，为非静电力的等效场。
4．洛伦兹力公式考虑电荷连续分布，单位体积受的力：洛伦兹认为变化电磁场上述公式仍然成立，近代物理实验证实了它的正确。
说明：①②5.电磁场的边值关系其它物理量的边值关系：恒定电流:6、电磁场的能量和能流能量密度：能流密度：三．重点与难点1．概念：电场强度、磁感应强度、电流密度、极化强度、磁化强度、能流密度。
2．麦克斯韦方程、电荷守恒定律、边值关系、极化强度与极化电荷的关系、磁化强度与磁化电流的关系、应用它们进行计算和证明。
爱因斯坦的【钟慢尺缩】解密
钟慢尺缩：根据爱因斯坦的狭义相对论，特别是其中提出的钟慢尺缩论断。
当一个物体运动速度接近光速时，物体周围的时间会迅速减慢、空间会迅速缩小。
当物体运动速度等于光速时，时间就会停止、空间就会微缩为点，也就是说出现零时空。
当物体运动速度超过光速时，时间就会出现倒流即所谓负时间；空间也会相应回到过去空间，也就是所谓的负空间，这时该物体就进入了负时空，即时空倒流或时空倒转，从而该物体就实现了瞬移即瞬间移动。
钟慢尺缩以上说法是爱因斯坦对与钟慢尺缩的定义，根据爱因斯坦的概念扩展下去，时间倒流成为可能，物质挤压到无穷小成为可能，甚至物质成为负物质也是可能的，一切不可能的成为可能，科学的实在性在爱因斯坦的相对论面前如何生存，是科学家必须解决的重大课题。
在科学实在性面前，爱因斯坦的钟慢尺缩概念是错误的，在数学公式推演上又是成立的。
钟慢尺缩为什么在科学实在性是错误的，这是因为大自然绝对不会允许出现时间时间倒流的逆天行为的，大自然的时间箭头是不可逆前进着，速度超过光速的宇宙飞船也不会回到过去，回到过去在科学实在性的原则上绝对是科学幻想。
爱因斯坦的【钟慢尺缩】在概念定性是错误的定性。
既然钟慢尺缩是错误的概念，为什么在数学公式推演上成立，这是因为爱因斯坦在坐标系的定位层次上出现偏差，把不同层次的坐标系混合在一个系统内造成的。
第一条；爱因斯坦的钟慢尺缩的，钟慢，是如何在坐标系中混合的，例如；外星人牛顿与外星人爱因斯坦做光速宇宙飞船到地球上来，牛顿的钟表时间与爱因斯坦的钟表时间一致，到地球的距离一致，爱因斯坦的宇宙飞船的速度是光速，牛顿的宇宙飞船是火箭速度，第二条；时间一致，距离一致，宇宙飞船的速度不一致，结果就是爱因斯坦到了目的地地球，牛顿还在宇宙空间慢慢的旅游着，这时候，爱因斯坦的钟表时间相对牛顿的钟表时间慢了，第三条；相对牛顿到目的地的钟表时间，爱因斯坦的时间钟表确实慢了，同样的目的地爱因斯坦的钟表时间为2秒，牛顿到目的地的钟表时间为2000年，以此概念扩展，牛顿的钟表时间比爱因斯坦的钟表快了31536000倍，同样，爱因斯坦的钟表时间比牛顿的钟表时间慢了31536000倍。
运动时钟迟缓和尺度收缩效应的关系
运动时钟迟缓和尺度收缩效应的关系
什么是慢钟效应？
运动时钟迟缓和尺度收缩效应的关系
根据狭义相对性原理，惯性系是完全等价的，因此，在同一个惯性系中，存在统一的时间，称为同时性，而相对论证明，在不同的惯性系中，却没有统一的同时性，也就是两个事件(时空点)在一个关性系内同时，在另一个惯性系内就可能不同时，这就是同时的相对性，在惯性系中，同一物理过程的时间进程是完全相同的，如果用同一物理过程来度量时间，就可在整个惯性系中得到统一的时间。
在今后的广义相对论中可以知道，非惯性系中，时空是不均匀的，也就是说，在同一非惯性系中，没有统一的时间，因此不能建立统一的同时性。
相对论导出了不同惯性系之间时间进度的关系，发现运动的惯性系时间进度慢，这就是所谓的钟慢效应。
可以通俗的理解为，运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了。
尺子的长度就是在一惯性系中"同时"得到的两个端点的坐标值的差。
由于"同时"的相对性，不同惯性系中测量的长度也不同。
相对论证明，在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，这就是所谓的尺缩效应，当速度接近光速时，尺子缩成一个点。
对尺缩效应、钟慢效应的通俗理解
对尺缩效应、钟慢效应的通俗理解对尺缩效应、钟慢效应的通俗理解作者听形摘要：本文在认可尺缩效应、钟慢效应现象存在的前提下，列举几个简单例子来对尺缩效应、钟慢效应进行通俗理解。
以前以为上帝是万能的，在本篇文章里，上帝第一次显示出无能为力。
引言：很多人反对相对论，动不动就挑战相对论，对尺缩效应、钟慢效应更是不能够接受。
但原子弹研究成功、光线弯曲被测到、GPS定位系统修正等等都证明相对论是正确的，本人觉得只要列举简单的相对运动的例子，来理解相对论，就会发现相对论确实是正确的，但在一些方面也有待完善。
正文：一、对尺缩效应的通俗理解尺缩效应的定义：（见有关物理书籍）假设一列以光速飞驰的火车，长度为300米。
下面来看看站在不同的观察系里看到的情况有什么不同。
1、站在火车上的人，观察到火车的长度为300米。
2、一辆小汽车以二分之一光速与火车并行，观察到火车的长度为150米。
3、一个人站在地面上不动，观察到火车的长度为0米。
4、一列以2倍光速飞驰的高铁与火车并行，观察到火车长度为600米。
5、一辆跑车，从0开始加速，直至赶上并且超过火车速度的2倍，观察到火车的长度是从0变到300米后又变到600米的。
火车纳闷了，我的长度明明是300米啊，你们一个一个所说的尺寸为什么都不一样呢，你们谁搞错了吧，大家都说，我们没有错。
二、对钟慢效应的通俗理解钟慢效应的定义（见有关物理书籍）一列以光速飞驰的火车，该火车上铯原子钟计时走时一小时。
下面来看看站在不同的观察系里面看到的情况有什么不同。
1、站在火车上的人，观察到的时间是走时一小时。
2、一辆小汽车以二分之一光速与火车并行，观察到火车走时是半小时。
3、一个人站在地面上不动，观察到火车走时为0小时。
4、一列以2倍光速飞驰的高铁与该火车并行，观察到火车走时2个小时。
5、一辆跑车，从0开始加速，直至赶上并且超过火车速度的2倍，观察到火车的走时是从0变到一小时后又变到2小时的。
火车纳闷了，我的走时明明是一小时，你们一个一个所说的时间为什么都不一样呢，你们谁搞错了吧，大家都说，我们没有错。
识破相对论之一：钟慢尺缩
识破相对论之⼀：钟慢尺缩识破相对论之⼀：钟慢尺缩 2014.1.26有位朋友给我介绍了⼀位对相对论感兴趣的哥们，我们第⼀次交流的时候，他就单⼑直⼊从动钟变慢开始，仿佛动钟必须变慢。
显然我直接否认只能发⽣顶⽜，还是选择耐⼼的倾听。
“你看我钟慢，我看你钟慢，你看我收缩，我看你收缩，但是你⾃⼰⼜感觉不到你的钟变慢和你在收缩。
”这位年轻⼈还真⼼想理解相对论，⽤⼼良苦，可惜他把功都⽤在为相对论寻找可以相信的理由。
钟慢尺缩的来龙去脉是清楚的，先有洛伦兹的尺缩钟慢，后有爱因斯坦的钟慢尺缩。
相对论者们认为：尺缩钟慢是代表洛伦兹的电⼦论，是基于以太存在为基础的，尺缩钟慢是真实长度收缩和钟在⾛慢，与空间和时间没有关系。
钟慢尺缩代表的是爱因斯坦的相对论，是抛弃以太之后的物理学⾰命，钟慢尺缩是两个参照系间的效应，实际是时间发⽣膨胀和空间发⽣收缩。
其实钟慢尺缩对于尺缩钟慢是既没换汤也没换药，正是如此，爱因斯坦后来将洛伦兹收缩和洛伦兹变换纳⼊相对论中。
既⽣瑜何⽣亮呢？初始洛伦兹提出尺缩钟慢，遭到科学界的巨踩，爱因斯坦搞了⼀个曲线救国，提出钟慢尺缩以回避尺缩钟慢不好的名声，对尺缩钟慢采⽤先批⽽后⽤，风声⼀过，洛伦兹收缩和洛伦兹变换还不是照样冠冕堂皇的登上⼤雅之堂。
⾄于对钟慢尺缩和尺缩钟慢说的那些褒贬的话，也并⾮都出于爱因斯坦之嘴，主要还是那些吹喇叭和抬轿者们所为。
钟慢尺缩匪夷所思，出处存在问题，值得追究。
可是相对论刁钻怪滑，你不但不能⽤实验来证明其对错，在臆想实验之中也难以抓住它的把柄。
在两个⾼速相对运动的参照系，可以在⼀个参照系上测量另外⼀个运动的参照系上物体长度发⽣收缩了吗？显然是做不到的！他还说收缩是⼀种效应，虚不虚、实不实、听得见、摸不着，让你⽆从下⼿。
是狐狸就有尾巴。
尺缩和钟慢是假定其⼀⽽推出其⼆，由尺缩可以得到钟慢，反之亦然，所以它们应该是共辱共荣的。
所以，没有钟慢则没有尺缩，没有尺缩也没有钟慢，能证明其中⼀个是错误的，则另外⼀个肯定是错的。
狭义相对论中同时性的研究
ｒ ｌｔｖ ｏ ｔ ｅ ｅ ｒｈ ｒ ｆ ｒ ｎ ｅ ｆａ ｏ ｉ ｅ ｔ ｈ ｆｅ ｔｏ ｅ ｇ ｈ ｃ ｎ ｒ ｃｉ ｎ ａ ｉ ｉ ｔｏ ． ｅａ ｉ ｅｔ ｈ ａ ｔ ｅ ｅ ｅ ｃ ｒ ｍｅ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｗｉｈ ｔ ｅ ｅｆ ｃ ｆｌｎ ｔ ｏ ｔ ａ ｔｏ ｎｄ ｔｍｅ ｄｌ ｉｎ ａ
Ａｂｓｒ ｃ Ｉ ｈｉ ｐｅ ｔａ ｔ ｎ ｔ ｓ ｐａ ｒ， ｔ ａ ｅ ｆ ｉ ｕ ｔ ｎｅｔ ｎ ｈｅ ｓ ｅ ｃ ｆ ｌ ｎｇ ｈ ｃ ｔ ａ ｔｏ ｎｄ ｈｅ ｂ ｓ ｏ ｓｍ ｌａ ｉｙ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｎ ｅ ｏ ｅ ｔ ｏｎ ｒ ｃ ｉ ｎ ａ
（ ｐ ｒ ｍｅ ｔｏ ｅ ｎ ａ ｙ Ｅｄ ｃ ｔｏ Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆＥｌ ｍｅ ｔ ｒ ｕ ａ ｉ ｎ，Ｎｏ ｔ ｉ ａ Ｉ ｔｔ ｔ ｆＳｃｅ ｅ ａ ｃ ｎ ｌ ｇ ｒ ｈ Ｃｈ ｎ ｎｓ ｉｕ ｅ ｏ ｉｎｃ ｎｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ，Ｓａ ｅ ｎｈ ，Ｈｅ ｅ ６ ２ １ ｂ ｉ ５ ０ ） ０
由同时的相对性浅析钟慢尺缩效应
目录摘要 (1)Abstract (1)1 引言 (1)2 狭义相对论 (2)2.1 相对产生的历史背景 (2)2.2 相对论的基本原理 (2)2.3 相对论的基本原理与经典理论的矛盾同时的相对性 (3)2.4 洛伦兹变换 (5)3 钟慢效应 (6)3.1钟慢效应的物理意义 (6)3.2 浅析钟慢效应 (7)3.3 钟慢效应的实验验证 (10)3.4 钟慢效应的应用 (10)4 尺缩效应 (11)4.1 尺缩效应的物理意义 (11)4.2 浅析尺缩效应 (11)4.3 尺缩效应的应用 (12)5 结束语 (14)参考文献 (14)由同时的相对性浅析钟慢尺缩效应摘要：同时的相对性、钟慢效应和尺缩效应是狭义相对论时空观的主要内容。
鉴于同时性是时空测量的基础，本文从同时的相对性出发详述了对钟慢效应和尺缩效应的再认识：钟慢效应是运动时钟走时率变慢和校表问题的综合表现，其实质是同时的相对性在时间量度上的直接反映；尺缩效应的实质是同时的相对性在空间量度上的反映，也是不同观测者对同一客观事实的不同时空描述。
关键词：狭义相对论；同时的相对性；钟慢效应；尺缩效应Recognition on Time Dilation and Length Contraction Effect Based on Relativity of SimultaneityAbstract: Relativity of simultaneity, time dilation and length contraction effect are among the main conclusions of special relativity. In the light of the fact that simultaneity is the foundation of space-time survey, we have explained our recognition on the time dilation and length contraction in more detail on the basis of simultaneity in this paper: The time dilation effect is a general reflex of the slow tempo of the slow tempo of the mobile clock and different clock calibration in different inertial reference frame, and the essence is the direct reflection of relativity of simultaneity for time-measurement, while the essence of length contraction is the reflection of simultaneity for space-measurement, as well as the different spatio-temporal description of the same objective fact by observers in different inertial reference frame.Key words: special relativity; relativity of simultaneity; time dilation effect; length contraction effect1 引言1905年爱因斯坦提出了具有划时代意义的狭义相对论的时空观。
尺缩效应和钟慢效应的联系
尺缩效应和钟慢效应的联系尺缩效应和钟慢效应，这两个词听起来好像很高大上，其实没那么复杂。
大家可以想象一下，尺缩效应就像是在测量东西的时候，尺子有点短，结果你的测量总是显得不够准确，像是在玩游戏时明明没碰到对方却被判出局的感觉。
而钟慢效应嘛，就是说时间在运动中变得慢吞吞的，就好像你在等公交车时，感觉每一分钟都像一小时，特别煎熬。
哎，这两者之间其实有着微妙的联系，都是在告诉我们，观察事物的角度和状态会影响我们的感知。
比如说，当你在飞速的火车上，外面的景物在飞快地掠过，而你却觉得时间像是凝固了一样，这种感觉真的是太奇妙了。
难道不觉得，在那个瞬间，时间仿佛在跟你开玩笑，像个调皮的小孩，把秒针弄得慢吞吞的。
而在这个时候，你手中的尺子如果也变短，那就更搞笑了。
你测量一下窗外的风景，结果发现自己测量的长度跟现实完全不符，仿佛你眼睛看到的都是幻影，哈哈，真是让人哭笑不得。
我们生活中其实常常会遇到这样的情形。
想想你和朋友们一起去游乐场，排队的时间总是觉得特别漫长，每次等到自己的时候，那种激动的心情简直是前所未有。
这个时候，如果有人跟你说“再等十分钟”，你简直要崩溃，十分钟的感觉就像十个小时。
而当你坐上过山车，哇，那一瞬间的刺激感让你觉得时间在飞快流逝，真是奇妙得不得了。
好像在那一刻，时间的尺子又变长了，而你却再也不想把握住它。
尺缩效应和钟慢效应还在日常生活中扮演着重要角色。
比如说，考试的时候，大家的心跳都快得不行，手心冒汗，时间就像打了马赛克，让你感觉无比漫长。
每次一看表，心里那叫一个着急。
反过来，等你考完试，和同学们一起聊成绩，瞬间就觉得时间飞逝，仿佛连钟表都跟着你们一起开心地旋转起来。
这个就是尺缩和钟慢的奇妙结合，让你体验到不同的情绪。
再比如，你在家里等快递的时候，时间也总是特别不听话。
你看着窗外，心里想着快递什么时候能到，结果好像等了一世纪。
可一旦快递员来敲门的那一瞬间，你的心情瞬间被点燃，感觉时间又回到了正常的轨道。
尺缩效应
谈谈尺缩效应Shrink Ruler Effect摘要：众所周知由狭义相对论可以推出运动物体在时间和长度两个方面存在着钟慢尺缩效应。
在《谈谈双生子佯谬》一文中，我已经对狭义相对论的时间膨胀效应做了分析，得出相对运动的物体，除了时间膨胀外还存在时间收缩的效应。
下面我将对相对论的另一效应即尺缩效应进行一番讨论。
与时间效应相似，在相对论中除了尺缩效应之外，还存在相反的效应即尺长效应，这取决于运动物体与观察者之间的距离是随时间增加了还是减少了。
在讨论尺缩效应之前，先让我们看看长度是如何测量的。
通常测量一个物体的长度，总是要把物体与量尺放在一起，测量时量尺与被测量物体之间的位置保持固定，这样物体首尾两端所对应量尺上的刻度之差既为物体的长度。
如果在测量物体时，物体与量尺之间的位置移动了，那么测得的结果就不准确了。
这就要求在测量运动物体的首尾两端时要同时进行。
那么怎样测量才算是同时的呢？这里又涉及到时间的同时性概念，我们说这个测量是同时进行的，如果在被测物体首尾两端的两个观察者所用的时钟是同步的，并且在读取量尺上的读数时，两个时钟所指示的时间是一样的话。
这样测量所得的结果与物体运动的速度无关。
而我们通常所指的测量是由一个观察者同时对物体首尾两端进行的测量。
当物体静止时，我们只需一个观察者即使在不同的时刻进行测量，其结果也不会有多大的影响。
当所研究的对象是在空间小尺度范围内低速运动的物体时，从空间某一位置对物体首尾两端所做的测量可以近似地认为是同时的。
但是当所研究的对象是在一个空间大尺度范围或高速运动的物体时，被认为是同时测量的两个端点就不一定是同时进行的了。
我们知道，光速是有限的，光在空间的运动是需要时间的。
测量物体的长度时，只有当物体两端发出的光信号同时到达观察者所在的位置时，测量才能进行。
由于物体远离观察者一端的光信号要晚于物体近端的光信号，所以测量开始的时间应以晚到的光信号为准，也就是说以物体近端接受到物体远端所发出的光时，我们才可以进行测量。
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的相对性出发详述了 对钟慢效应和尺缩效应的再认识: 钟慢效应是运动时 钟走时率变 慢和校表问 题的综合 表现, 其 实质是同
时的相对性在时间量 度上的直接反映; 尺缩效应的实质是同时的相对性在 空间量度上 的反映, 也是不同 观测者对同 一客观事
实的不同时空描述.
关键词: 狭义相对论; 同时 的相对性; 钟慢效应; 尺缩效应
2) 运动时钟的走时率变熳: Sc系相对于 S系沿 x 轴正向运动的速度为 u, 由 Ac、A 相遇到 Ac、C相遇
(定义为事件
பைடு நூலகம்P2
)在
S 系 中经 历 的时 间 为
l0 u
,
即事
件
P2在
S系中的时间坐标, 或时钟 C 的读数为
tC =
l0 ; u
事件 P 2在 Sc系中的时间坐标, 即 A c钟读数为
1) A、A c两钟相遇时 由于运动的相对性, Sc系中看来, 其中 Ac, Bc, Cc 时钟是静止的时钟且已经校准. 如前面所定义的, Ac 钟和 A 钟相遇定义为事件 P 1, P 1在 S系和 Sc系中的 时空坐标分别为 ( tA = 0, xA = 0)和 ( tcAc = 0, xAcc = 0); 当 Sc系中的所有时钟都指零时, 其中有一个时 钟 Cc与 S系中的时钟 C 相遇 [ 如图 2 ( a) ], 把这个 事件定义为 P 3. 这里我们用动钟 C 的时间 流逝值, 与静钟 Ac, Cc和它相遇时的读数之差来讨论在 Sc系 中看到的钟慢效应.
系中的位置, 然后再用标准尺来度量这两个确定点 之间的距离, 该距离便是被测物体在该参考系中的 长度. 可见运动物体的长度测量和同时性联系在 ) 起, 所以尺缩效应也毫不例外地和同时的相对性密 切相关, 而且尺缩因子也是 1- uc22, 尺缩和钟慢互 相协调. 下面我们就以列车 - 隧道问题为例详细说 明同时的相对性如何导致了尺缩效应. 3. 2 列车 - 隧道问题
图 3 地面系中看, 于地面系同一时刻在隧道两端 发生两雷击, 列车安然无恙
地面系看来两雷 电在隧道两端 A、B 处 同时发 生, 即是说, A、B 发出的闪光同时到达其 中点 C, 那 么闪光到达 C 时, 列车上与 C 对应的 D c点也应该能 观察到光信号的相遇. 列车相对于地面自左向右运 动, 考虑到光的传播需要时间, 闪光发生时 D c点应 该在列车中点 Cc的左边 (即 D c点在后半截车厢内 ). 又因光速在列车内也是各向同性的, 恒为 c, 所以从 A 和 B 发出的光能在 D c位置汇合, 说明在列车系中, 闪光不是同时发生的, 而是出口 B 处的闪电先发生, 入口 A 处的后发生 (图 4).
启动一装置将 B、C示数同时拨到时刻 t+ l0, 这样 A, c
B, C 便校准了. 用此方法既可校准 S系的一系列时
收稿日期: 2009 - 02- 09; 修回日期: 2009- 06- 11 基金项目: 河南科技大学青年基金资助项目 ( 2004QN 037 ) 作者简介: 王景雪 ( 1979) ) , 女, 河南南阳人, 河南科技大学理学院讲师, 凝聚态物理硕士, 主要研究方向: 纳米结构材料.
过一段时间, 车尾处发生雷电, 但此时车尾已缩进了 隧道, 车头处于隧道外. 故从列车系看来, 列车依然 免于雷击而安然无恙 (图 5).
钟的快慢有两个含义: 其一是钟表指针的运动速 度, 即走时率的大小, 与钟表所处的环境即所在的力场 有关; 其二是钟表指针的超前和滞后 (走时率可以相 同 ), 与钟表的零点校正有关 [ 3]. 那么对于我们所观测 到的钟慢效应, 问题出在什么地方呢? 下面来做具体分 析:
Sc系相对于 S系沿 x 轴正向以速率 u 运动, 且沿 x 轴和 xc轴分别等距离地放置构造完全相同的标准钟 A, B, C 和 Ac, Bc, Cc. 同一坐标系中的时钟可通过光信 号或电磁信号来校准, 比如在 S系中, 设已知 AB = A C = l0, 在 A 钟示数为 t时分别向 B、C发一光信号或电 磁信号, 在 B、C 接到来自 A 的光或电磁信号时自动
图 2 Sc系中看钟慢效应
图 1 S系中看 钟慢效应
由此可见, 在 S系中的观测者看来, 当本参考系
P3的时空坐标在 S和 Sc系中分别为 ( tC, xC = l0 ) 和 ( tcCc= 0, x cCc ), 通过洛伦兹变换可以确定
因此有:
tcCc =
tC -
u c2
xC
=
1-
u2 c2
0
tC =
1 同时的相对性
牛顿绝对时空观中的 / 同时性 0是很简单的: 全 宇宙具有统 一的 / 绝对时 间 0, 绝 对时间 相同就 是 / 同时 0, 即全宇宙 具有统一的 / 同时性 0. 在狭义相 对论的 时空观中, 同时是相对 的: 两个事件 A 和 B 若在惯性系 S 中看是同时的, 在相对于 S做匀速直 线运动的惯性系 Sc中看就可能是 / 不同时 0的 [ 1 ] .
2 钟慢效应
2. 1 钟慢效应的物理意义 由于任意两个有相对运动的钟的相遇时间只有
/ 一刹那 0, 所以它们 只能比较时刻, 而无法 比较其
快慢. 要比较其快慢, 只能让一个动钟和一系列相对 静止且事先校对好的时钟 (同一惯性系的时钟可以 校准 )来比较. 故钟慢效应的物理意义是: 一个动钟 和一系列相对静止的钟相比较, 在这些相对静止的 钟所在的惯性系中看来, 动钟在始末时刻的读数之 差小于始末时刻 与动钟相遇的两 个静钟的读 数之 差 [ 2] . 也正如佛伦奇所说, 当把一个单一时钟上所记 录的时间流逝与相对于该钟运动的参考系中的一系 列相对静止的钟的测量结果相比较时, 单一时钟上 测量的时间间隔小于在另一个参考系中描述这一时 间间隔的静止起始时刻的两个时钟读数之差. 2. 2 对钟慢效应的再认识
$ t=
l0 u
时,
Sc系中的时
钟 A c经 历的时 间
$tc=
l0 u
1- uc22, 也即 有 $tc=
$t 1- uc22, 即运 动钟 A c较慢, 其走时 率为静止钟
走时率的 1- uc22倍. 那么在 Sc系又该怎样理解图 1 ( b)中 C 和 A c相遇时, C 钟的示数 tC比 A c钟的示数 tcAc要大呢? 2. 2. 2 Sc系中看钟慢效应
2. 2. 1 S系中看钟慢效应
1) 假设 ¹ A, B, C 时钟在 S系中已校准;
º A c钟和 A 钟重合定义为事件 P 1, P1在 S 系和 Sc系中的时空坐标分别为 ( tA = 0, xA = 0)和 ( tAcc = 0, xAcc = 0);
» 事件 P 1发生时, 时钟 C和时钟 B 在 S系中的 空间坐标为 xC = l0, xB = - l0; 此时的情景见图 1( a).
中的时空坐标分别为
tC =
l0 u
,
xC =
l0
和
tAcc =
l0 u
#
1- uc22, xAcc= 0 . 由于钟表示数的客观性, 从哪个参
考系中 / 看 0都是这个结果. 考虑事件 P 2和 P3, C 钟示数
之差
$tC =
l0 u
-
u l0 c2
=
l0 u
1-
u2 c2
=
l0 u
1-
u2 c2
tAcc =
tC -
uxC c2 =
1-
u2 c2
l0 u
-
u l0 c2
=
1-
u2 c2
l0 u
1-
u2 c2
即事件 P2在 S系和 Sc系中的时空坐标分别为 tC =
l0 , u
xC =
l0
和
tAcc =
l0 # u
理图景见图 1( b).
1- uc22, xAcc = 0 . 此时物
中的时钟 A, B, C经历时间为
#
1-
u2 c2
,
括号中的项是静钟
A c、Cc与动钟
C相遇时的示
数之差, 或 Sc系中量度的 P2和 P3的时间间隔 $tc, 而 $tC
则是动钟 C量度的 P2和 P3的时间间隔 $t. 显然有 $t=
$tc
1-
u2 c2
.
这就是
Sc系中的观察者看来的
C钟变慢.
综上分析, 两个作相对运动的观测者都互相认
u c2
xC
=
u c2
l0
>
0
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大学物 理
第 28卷
x Ccc =
xC - u tC =
1-
u2 c2
l0
1-
u2 c2
即 P1和 P 3在 Sc系中是同时事件, tAcc = tCcc = 0; 而在 S
系中不是同时事件, P1先发生, P 3后发生.
对于 P2事件, 前面已经给出结果, 它在 S系和 Sc系
图 4 同时发生在地面系的两雷击, 在列车中并不同时发生
第 10期
王景雪, 等: 基于同时的 相对性对钟慢尺缩效应的再认识
27
在列车系中, 列车为固有长度, 而隧道发生了尺 缩效应, 列车比隧道长, 列车前端 (即出口 B )的雷电 先发生, 此时车头 B c仍在隧道内, 车尾 A c在隧道外;
图 5 列车系中看, 于地面系同一时刻在隧道两端 发生两雷击, 列车仍安然无恙
中图分类号: O 412. 1
文献标识码: A
文章编号: 1000-0712( 2009) 10- 0024-04
1905年, 爱因斯坦 具有划时代意义的论文 5论 动体的电动力学 6的问世, 提出了狭义相对论的时空 观. 并由此得到了诸如同时的相对性、钟慢效应、尺 缩效应等一系列与经典时空观格格不入的结论. 比 如在钟慢效应中, 由于运动的相对性, 地面上的静止 观测者认为在高速前进的列车上的钟表比地面上的 钟表走得慢; 而列车上的静止观测者认为地面相对 于列车高速后退, 所以地面上的钟表比列车上的钟 表走得慢. 我们知道, 钟表的读数是一个客观事实, 那么真实情况到底是哪个钟表走得慢呢? 再如尺缩 效应中列车与隧道问题等. 只有对狭义相对论的时 空观有全面深刻的理解与体会, 才能正确回答这些 问题. 在这里, 我们就以同时的相对性为出发点谈谈 对这些相关问题的看法和认识.