怎么理解狭义相对论中的尺缩和钟慢

发布时间: 2021-10-01 17:04:22 来源: 励志妙语 栏目: 经典文章 点击: 90

如何用最简单的生活常识理解相对论的“钟慢尺缩”呢?如果狭义相对论能用生活常识就能理解,那怎么还能称得上颠覆了牛顿的绝对时空观呢?...

怎么理解狭义相对论中的尺缩和钟慢

如何用最简单的生活常识理解相对论的“钟慢尺缩”呢?

如果狭义相对论能用生活常识就能理解,那怎么还能称得上颠覆了牛顿的绝对时空观呢?首先我们得知道什么叫做生活常识太阳东升西落、月有阴晴圆缺、抛向空中的石块会掉落等等这些都可以被称为生活常识,而最初的物理学正是建立在这些生活中习以为常的事物之上,去总结不同事物中所共同遵守的规律,再借由这些规律去指导生产活动。

绝对时空观

在这样的基础上,伟大的物理学家牛顿产生了一种被现代称之为绝对时空观的理念,牛顿认为空间与时间是相互独立的,各自互不影响。为了对应题目,我们举个这样的例子:在一辆行驶着的列车上,摆放着一个走时精准的机械钟,以及一把刻度达一米的量尺,同样的,位于地面的站台上也摆放着一个机械钟和一把量尺,两台机械钟和两把量尺都是一摸一样的,其中在列车还没有出发时,两台机械钟已经人为调试好(所指时刻相同,精确无比),分别摆放两地。

单纯的相对论是属于经典物理学的

那么当列车运行后,试问两台的机械钟所指读数是否一样?两把量尺的长度有无差异?这问题太简单,显而易见,两台机械钟和两把量尺仍旧是一样,不论是指针读数还是量尺长度。我相信大部分人都是这么想的,甚至于即便将这道题作为物理题摆放到考卷上,在大学前的阶段,正确答案也是:完全一样。

当然了,虽然不会真的有物理题像这样出,但绝大多数的物理题都是建立在这样的基础上的,这些物理我们称之为经典物理(这属于早期说法,因为后来划分经典非经典都是按照是否涉及量子理论,也就是将“经典”二字等同于“非量子”,所以单纯的相对论是属于经典物理学的)。

上述的回答也可以说是,按照生活常识进行的回答,这一点无可厚非,因为这个问题,你拿去问任意一个没有学过相对论的人,相信你得到的回答都是一致的:机械钟和量尺都没有任何差异变化。

如何更深层次理解狭义相对论的“钟慢尺缩”效应?

很简单,只要你承认一条原理即可——“光速不变原理”,对于入门来讲,你可以将其理解为真空光速不叠加,也就是说不论光源身处怎样的环境下,有可能光源相对于你的速度很快,也有可能很慢,但所有光源发出来光,光速相对于你来说都是一样的,大约为每秒30万公里。

实际上,上段描述中很难理解的就是为什么不同运行速度的光速,发出的光的光速都是一样的呢?平时要是问你:一个人拿着枪,在行驶速度为每秒20米的汽车上,朝行驶方向往前射出一颗子弹,那么子弹的速度就是原先静止射击时的子弹速度(假设每秒800米)加上车速每秒20米,也就是820米每秒。

这一点本无可厚非,也可以说是属于常识的一种(实际上可以归属到伽利略变换上去),但为什么光就如此不同呢?既然时为了入门狭义相对论,那么刚才也说了,你只需要承认这是一件事实即可,所以你不必了解这背后的原因(实际上是因为科学家至今也不知道为什么,但老是追问为什么根本毫无意义,就会陷入一个死胡同,试问你能回答宇宙为什么存在吗?很多人把物理当作打破砂锅问到底的底,实际上物理只是为了找规律而已)。

狭义相对论 钟慢公式和尺缩公式

分母是作1-(u/c)^2rn那么u=c 光子 怎么看待rn是。。。。因为相同的参照系么???
相对论适应宏观高速运动,宏观物体不可能达到光速,如接近光速质量将达到无穷大,这是不可能的。光子的静止质量为零,所以不受此限。宏观物体速度永远小于光速。

简述狭义相对论的两条基本假设以及尺缩钟慢效应

  狭义相对论效应

  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)在一个惯性系内同时,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。
  由以上陈述可知,钟慢和尺缩的原理就是时间进度有相对性。也就是说,时间进度与参考系有关。这就从根本上否定了牛顿的绝对时空观,相对论认为,绝对时间是不存在的,然而时间仍是个客观量。比如在下期将讨论的双生子理想实验中,哥哥乘飞船回来后是15岁,弟弟可能已经是45岁了,说明时间是相对的,但哥哥的确是活了15年,弟弟也的确认为自己活了45年,这是与参考系无关的,时间又是"绝对的"。这说明,不论物体运动状态如何,它本身所经历的时间是一个客观量,是绝对的,这称为固有时。也就是说,无论你以什么形式运动,你都认为你喝咖啡的速度很正常,你的生活规律都没有被打乱,但别人可能看到你喝咖啡用了100年,而从放下杯子到寿终正寝只用了一秒钟。
dsa

狭义相对论怎么理解??

狭义相对论的意思就是其实根本就不存在一个绝对统一的时间,你的时间是你的,我的时间是我的。除非咱们俩处于相对静止(也就是相对位移矢量速度为零)或相对匀速直线运动的运动状态中,否则,咱们俩的时间根本没什么关系,甚至都没有比较的必要。
跟你说太深,你也不可能立刻就理解,如果感兴趣,你可以看看斯蒂芬·霍金的《时间简史》中英文对照版。

比如说:钟楼的外墙上挂着一面钟,从它的三根指针全部重合的那一瞬间开始,你所乘坐的光速飞船垂直于钟面作匀速直线运动(光速)。你想一下:你能看到这面钟的秒针是在做什么运动?
我可以现在就回答你:你只能看见秒针永远在摆动的第一秒,因为:秒针摆动到第二秒的影像根本传不到你的眼睛里面!为什么呢?因为,你在做的就是光速直线运动,而影像传播的速度也是光速,所以只有第一秒的影像因为出发时间跟你相同,所以能够勉强赶得上你,紧紧地跟着你;而第二秒的影像因为比你出发的时间迟了一秒钟,所以第二秒的影像根本就赶都赶不上你。综上所述,你只能看见秒针在第一秒摆动,看不见秒针摆到第二秒···
其实用狭义相对论来理解,钟楼那里的时间,相对于你来说,已经停止了,永远的停在了你出发时的那一秒···
为什么呢?因为你的运动速度达到了光速!
狭义相对论是什么意思呢?就是“你运动的速度越快 一秒钟的时间就越长 ”
长到什么样的一个程度呢?当你运动的速度达到光速那么快的情况下,一秒钟的时间就会变成无限长,长得好像时间都“停止”了,整个世界都好像是“凝固”了那样···
狭义相对论就是用来描述在物体发生高速运动时,会发生的“钟慢、尺缩、质量大”的相对效应

顺便介绍一下广义相对论,就是说万有引力其实根本就不是一种作用力,只是因为凡是具有质量的物质或物体所存在的空间与时间(时空)都是扭曲的,不平坦的,其扭曲的原因就是因为质量的存在,正因为这种扭曲,使得周围的物体或物质的运动趋势趋向于扭曲时空的中心点方向,所以从表象上面看上去,就像是被某种拉力所牵引而形成。所以,万有引力就是时空被质量所扭曲的一种表现形式,这种表现形式长久以来都给人们留下一种错觉,使得人们误以为万有引力是直接作用在物质或物体上的一种力。
参考资料仍然是斯蒂芬·霍金的《时间简史》中英文对照版。

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怎么用最简单的生活常识理解相对论的“钟慢尺缩”?

时间不是一种单纯的个体,时间的形态在宇宙不断的扭曲,流动着;这样来想象时间的话, 我们轻而易举的就能理解,什么是爱因斯坦口中的“钟慢尺缩”。我们都知道,现代科学,可以说是人类数万年文明史中最不可忽视的发现,没有之一。

毕竟,在科学横空出世之前,人类社会的整体生产力已经数千年没有实质性上的飞跃了,而科学出现之后,可以说,我们用极短的一段时间里,就迅速的改变了自己的生活,并且,让地球变得与众不同。

二十世纪,更是一个大名鼎鼎的“科学爆炸”的时代。在这一百年的时间内,无数的物理学家,科学家接踵而起,涌现在大众视野的面前。比如说,爱因斯坦,海森堡,薛定谔等人;当然,最不可忽视的,肯定还是爱因斯坦了。

爱因斯坦提出的“狭义相对论”,直接影响了数十年物理学界的发展方向。那么,究竟什么才是狭义相对论呢?它为什么直接颠覆了牛顿构建起来的经典物理体系?爱因斯坦曾经用一个非常简单的例子“尺缩钟慢”来诠释相对论的理论框架;

它到底意味着什么呢?其实这还是比较容易理解的,相对于爱因斯坦后来提出的“广义相对论”来说,它的门槛也没有那么高。首先,我们想象时间犯下的最大的一个错误,就是认为,时间不过就是一个孤立的“个体”罢了;

事实当然并非如此,时间,是一种不断扭曲,流动的存在物;它不仅被引力所影响, 还会被外力的介入而突然转化。因此,当物体运动速度越快,越接近光速的时候,它附近的时间才会变慢,因此“尺缩钟慢”现象就会出现;

而当它真正达到了光速的时候,时间就会瞬间崩塌,直接静止了。

很简单,只要你承认一条原理即可——“光速不变原理”,对于入门来讲,你可以将其理解为真空光速不叠加,也就是说不论光源身处怎样的环境下,有可能光源相对于你的速度很快,也有可能很慢,但所有光源发出来光,光速相对于你来说都是一样的,大约为每秒30万公里。简单来说,相对于一个观测者来说,运动着的物体,其内部时间流逝变慢,物体运动方向长度变短。
这是相对论里面讲的,如果两个物体以一样的速度行驶,就会发现对方静止,当我们和光速一样前进,那么刚刚发生的情景就会一直发生。
时间不是一个简单的个体。时间的形式在宇宙中不断变形和流动。如果我们以这种方式想象时间,我们可以轻松地理解爱因斯坦所说的“时钟慢慢缩小”。众所周知,现代科学可以说是几万年来人类文明史上最不可忽视的发现。
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