狭义相对论效应实例分析

tuenhai.com :20180114

tuenhai.com :理解狭义相对论时空效应并不难,难的是人的旧习惯、旧观念太顽固,难以一下子改变

我决定分析一些实例,大家只要掌握这些实例,就能更加直观地理解相对论效应

相对论效应分析实例:静止者观测运动钟,看到钟时走慢了

tuenhai.com :静止者观测高速运动的飞船上的光子钟,光子钟由上下二块玻璃镜子组成,一个光子在里面上下跳动,光子从上到下或者从下到上作为一个计时的节拍。静止者看到光子钟的计时节拍慢了。这个例子我已经讲过多次,大家再分析一下,这个例子太经典了,理解了这个例子就能举一反三,更容易理解其他事件

Don:我来分析一下

  • 判断是不是标准的相对论效应观测事件

    标准的相对论效应观测事件是静止者观测运动者,运动者观测自身。现在静止者有了,运动物体有了,没有运动者,可以假设运动物体在观测自身,或者假设有运动者随着光子钟运动并观测光子钟

    现在静止者,运动物体,运动者齐备,这就是标准的相对论效应观测事件

  • 静者得静,动者得动

    相对论效应观测原则告诉我们,静者得静,动者得动。静止者观测到的是静止者数据,也就是自己的数据,这就是说,静止者看到运动者钟走时(动作)变慢,实际是他自己动作变慢,而不能说钟动作变慢

    tuenhai.com :可是观测者在地面的动作并没有变慢,他只是看到钟动作变慢,怎么变成他自己动作变慢了

    Don:这就要用到相对论效应观测原则:数据反映比例

  • 数据反映比例

    Don:静止者看到钟动作变慢,这个慢是他自己动作变慢而不是钟的动作变慢。静止者怎么可以既是正常速度,又是慢动作呢?这是因为他自己的动作慢是相比较而言的,他的动作比钟本身的动作慢了,他的动作变慢的程度就是他看到的钟的动作变慢的程度

    Don:怎么我还不是太懂

    tuenhai.com :很多人理解不了相对论,就是绝对的观念始终去不掉。他看到钟的动作变慢了,就当成钟本身的动作变慢了,然后就说飞船上的你的动作也变慢了,你的时间变慢了,你的时间膨胀了,这种说法是错误的

    你站在原地不动,向不断远去的公交车挥手,远去的公交车上坐着你的亲密爱人

    我用高速摄像机把这个场景拍下来,然后以正常速度放给你看,你会发现你的动作变慢了,同一个你怎么会有两个速度呢,你会说这只是摄像机拍得快,不是我真的有两个速度。然而同样的你是可以有两个速度的,如果把摄像机当作一种动物的眼睛,那么它看到你的动作比你自我观察的动作要慢,于是同一个你真的有两个速度了

    你能想通为什么同一个你有两个速度,也就能想通你看到钟动作变慢其实是你自己动作变慢

    Don:别人看到我是正常速度挥手,有的动物却看到我是慢动作挥手,我知道是同一个我在挥手,但是这是怎么回事,我还不是太清楚

    tuenhai.com :数据反映比例。无所谓快或慢,只要比例始终不变就行。你在正常速度挥手的时候,假如车的运动速度是你挥手速度的10倍。在一种动物看来,你挥手速度减慢了5倍,它看到车的速度也是同步减慢。其实你的速度并没有变化,只是在不同情况下计算方式有了变化

    Don:这么说来,我看到飞船上的钟动作变慢,只是在飞船上的速度计算方式有了变化,其实我的速度始终未变

    tuenhai.com : 你在月球上称体重,发现你变轻了,你不用担心,月球上的变轻,只是体重计算方式的变化而己,并不是你身体的组成部分有了变化

同一件事的三种视角

tuenhai.com :这件事情完整解释是这样的:

  • 静止者不改变自己的静止者身份来到飞船旁边,趴在窗户外面朝里面看,发现光子钟慢了,而且里面的人的动作也慢了,她觉得真奇怪,这些是外星人吗,怎么动作这么慢,但是样子看上去却是地球人

  • 飞船上的人突然发现窗外多了个人,这个人的动作好慢,难道被冷风吹坏了身子导致身体僵硬

  • 一个运动速度达到光速的存在正好经过,她发现飞船外的那个人动作比飞船里的人慢

第三种视角,就是上帝视角,为了防止有人误认为 tuenhai.com 是宗教人士,我把上帝命名为妩, 表示万物之母, 表示无处不在,也表示无形无象。妩的视角看事物没有了偏差,她看到的全部是真实,她看出了运动者的动作比静止者快,运动者钟时变快了

Don:可是我们不是妩,怎么从她的视角分析事件

你可以从 静者得静,动者得动,数据反映比例,这样去分析标准相对论效应事件,你的看法就会与妩的看法保持一致

相对论效应分析实例:静止者看到手里的钟走时慢了

tuenhai.com :假设你旁边的桌子上有一只机械钟,平时走时非常准确,然后这只钟高速运动起来,你发现钟走时比手机慢了,你正好听 tuenhai.com 讲过相对论,知道静止者钟走时会变慢。我们先不要理会原地的钟怎么会呈高速运动,我们只是从相对论角度分析一下

Don:我来分析一下,我是静止者,钟是运动者,静者得静,静止者看到的都是自己的数据,于是我就知道在钟看来,我的动作变慢了,实际上动作慢的是我,而不是钟

Don:可是我明明看到钟走时变慢了,难道我眼前看到的都有假的

tuenhai.com :前面不是已经分析过了,静止者看到飞船上的光子钟走得慢,实际上是自己动作慢,在光子钟或者运动者看来自己动作慢了

Don:可是那个例子是在地上看遥远的飞船上的钟,现在钟放在我的眼前了

tuenhai.com :我们设想这样的情景,静止者不改变自己的运动状态,就站在飞船上的光子钟的旁边,飞船上有个乘客也站在钟边,乘客看到钟走速正常,静止者会看到钟走得慢

Don:可是我不可能不改变自己的运动状态就可以看见运动钟,我一到飞船上站在钟边,我就从静止者变成运动者了

tuenhai.com :以下三个事件是等效的:

  • 你从地面看飞船上的光子钟,就是不改变自己的运动状态看见运动钟
  • 你不改变自己的运动状态,来到飞船上看光子钟走时
  • 现在你看桌上的运动着的钟,你还是静止者,你并没有改变自己的运动状态

Don:我想想,好像是这样

tuenhai.com : 不是好像,是三个事件一样。静止者看到的总是静止者钟

Don:我看到桌上的钟走时慢,只是钟看我慢,那么是不是说钟其实是走得快的,只是我看不到而已

tuenhai.com在相对论的世界,静止者看运动者,实际的和看到的是相反的,举例来说,静止者看到运动者钟时慢了,实际上是运动者看到静止者钟时慢了。太多的人把静止者钟走慢当成运动者时间膨胀的证据,这就是绝对论,还没有踏入相对论的门槛,实际上,从妩的角度看,运动钟时比静止钟走时快

你看到运动着的钟走得慢,是你在始终不改变自己的运动状态前提下,来到钟的运动着的世界,你看到钟走时慢了。这相当于你把家里的钟拿出来,不改变钟的运动状态(仍旧保持静止),你拿到运动着的世界,你发现你的(静止的)钟走时慢了,而运动钟走时并没有变慢,你始终看到的只是静止者钟

这相当于你去到月球称体重,你的体重轻了,但那个还是你,并没有变成别人。同样道理,你看到运动着的钟走时慢,其实是你的静止钟处在那个地方会变慢,而不是运动着的钟时变慢。因为换了个地方比较,许多人就不能理解了

Don:谢谢老师,我只要记住 在相对论的世界里,静止者看运动者,实际的和看到的是相反的 这个秘诀就行了,可以省下几个脑细胞,呵呵
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