纯粹的引力狭义相对论

tuenhai.com 20180124

tuenhai.com :世俗流传的狭义相对论解释都是用光举例,这在一开始确实更加容易理解,但是等你有点懂了以后,你又变得不懂了。物体并不是光子钟组成的,难道给每个原子发一个光子钟,这显然不可能。如果你是个不求甚解的人,那么理解不理解也就无所谓了,如果你是个认真的人,那么你会觉得如同用汉字去注解英语发音那样别扭

光的例子并不能解释为什么静止者钟时膨胀、运动者命时膨胀、运动者长度缩短,难道是人的观察产生了魔力,改变了物质?如果没有人观察呢,这些狭义相对论效应是否还会存在?这世间就怕认真二字,如果你认真了,你就会对前人的认识不满,再加上活泼、独立的思维,那么你就会如 tuenhai.com 那样发现 狭义相对论应该是引力狭义相对论

下面就是正本清源,从引力的角度理解狭义相对论,这才是纯粹的、正宗的狭义相对论

静止的引力钟

tuenhai.com :现在我们再不能用光子钟举例了,改用引力钟来代替

地球上有一个引力钟,由上下二个原子组成,上面原子名叫佩西,下面原子名叫南东

南东向下发出引力,佩西接收到以后解释成一个画面,画面里下边是佩西自己,中间是空间,上边是南东

佩西向上发出引力,南东接收到以后解解释成画面,佩西的画面与南东的类似

引力向上、向下各一次,两个原子都有了对方的画面,也就是知道了对方的存在,这就是一个事件。引力上或下一次所用的时间是相同的,于是可以把引力上或下一次作为一个计时的节拍,这就得到了一个最简单的相对地球静止的引力钟

运动钟发生空间收缩

tuenhai.com :引力钟以接近光速的速度向左运动,上下两个原子的连线保持与运动方向垂直。这时会发生什么变化呢,还是让佩西和南东自己来说说吧

以下对话纯属虚拟:

佩西:南东,我突然觉得浑身充满了力量,想找些事情用掉一点力气,我们随便聊聊怎么样

南东:我也有同样的感觉,正想找你说话

佩西:我们一直在听 tuenhai.com 唠叨个不停,什么宇宙、人生、宗教、相对论,我都快听得睡着了。刚才我朦朦胧胧听他说“地球上有一个引力钟,由上下二个原子组成”,心中一惊,我和你就是一上一下,难道他说的是我们

南东:我也注意到了,不过地球上有这么多原子,他说的应该不是我们吧

佩西:可是他又说“引力钟以接近光速的速度向左运动,上下两个原子的连线保持与运动方向垂直”,他一说完这句话,我们就这样运动起来了,这又怎么解释

南东:原来 tuenhai.com 说的真是我们,这下糟糕了,我以前经常在他讲话时打瞌睡,可能被他看见了

佩西:肯定是看见了,不过以后注意点就行了,过去的事情就让其过去吧。他还给我们起了名字,我叫佩西,冲着白得一个这么好的名字,我以后听课时一定打起精神来,不漏过一个字

南东:哈哈,我也有名字了,南东,挺合我的心意,不知他喜欢什么礼物,我总得表示一下心意吧

佩西: tuenhai.com 让我们高速向左飞,可不是让我们在这里闲聊的,而是通过我们演示空间、时间的本质,我们可不能辜负他的期望

南东:你说的有道理,那就开始吧。佩西,你说我们在这里说话, tuenhai.com 能听见吗

佩西:当然能听见,而且我们的对话会被千千万万的人所知道

南东:那我们岂不是成了名人了,我得严肃点了,以免被人取笑

佩西:照他的话说,我和你其实是不能直接互相看见的,而是通过引力为媒介,我接收到你发出的引力后,就画出一幅画来,画面中有你、我和我们之间的空间,这幅画就是我的行动地图,我是依照这幅画和你交往的

南东:虽然我听得不是很认真,好在他反复讲了多次,我这样聪慧的原子当然早就懂了。不过,我觉得不用去管画不画的,我们就把画当作真实,这又有什么关系。几亿年了,我一直按画行动,并没有出现什么差错,可见我可以把画当作真实对待

佩西:画和真实是不一样的,在我们运动速度较低的时候是感觉不到两者的差别,但是运动速度接近光速以后,画和真实的不同就被放大了。南东,你没听懂 tuenhai.com 的讲课吗

南东:呵呵,我其实在考考你,看你没有有懂……(南东有点后悔以前听课不够认真,于是趁说话的份儿快速把记忆中的画面调出来复习)

佩西:以前在地球上的时候,你发过来的引力包含了二件事,一是你的里外信息,二是引力跨过你我之间的间空间所用的时间,第二件事,时间,会被我解释成空间,于是我就从画面中知道了你离我多远了

南东:我也一样,你的引力到达我这里需要时间,这个时间会被我解释成空间,于是我就知道你离我的距离

佩西:我们之间的真实的距离是一样的,引力对谁的速度都一样,于是我的引力到你这里,还有你的引力到我这里,两者所花的时间必然相同,这意味着什么呢

南东:这难不倒我,这说明我们俩的画面的中间部分是可以重合的

佩西:和在地球时的情况相比较,现在我们在以接近光速的速度向左运动,情况就有些不一样了

南东:什么不一样

佩西:我向你发出的引力要经过更长的距离才能到达你这里了

南东:这么奇怪,不过距离长就长吧,我们的画面不变就行了,我们不用管它

佩西:问题是我们是无法直接看见对方的,我们是在依据引力提供的信息画图,再按图行动

南东:对啊,这样的话确实是个问题了

佩西:你想,我的引力一发出,在这同时你在高速要左移动,那么我的引力不是需要向左追你了吗。假如我和你的直线距离是10米,你向我走来,突然发现我在向左跑,那么你追上我是不是要走过更大的距离了

南东:这样的话,是不是我们都看到对方在更长的斜线的方向上

佩西:更正确地说,我们都在向运动方向膨胀了。这就像有人从我们身体的左侧拉住我们的皮,把我们的身体向左拉长

南东:具体是怎么样的情况,佩西你不妨详细说一下,我想感兴趣的人一定很多

佩西:好的。你向我发出引力,在这同时我的身体和你的身体都在向左膨胀,于是你的引力需要更长的时间到达我这里。在我看来,引力走的是直线,但在另外角度看,引力走的是斜线

南东:你能不能画一幅示意图,这样别人会好懂些

佩西:我们身体的膨胀是个动态的过程,示意图还是不容易表达清楚,所以我就偷懒不画了。如果我做成动画,你会一看就懂了,不过我现在没有时间搞这个

南东:这又有何难。引力在向对方走的同时我们的身体在向左膨胀,于是我们互相看见对方的引力走的是直线,但是这条直线要走更长的时间才能到达对方。不过不对,如果我发出的线力要花2倍时间才能到你那,你看到的我就会在原来两倍远的地方,可实际上我们之间的距离并没没有变化,这是怎么回事,难道是垂直方向的空间膨胀了,你不是说身体向左膨胀了吗

佩西:其实是身体向左膨胀到原来的2倍的宽度了,然后导致我们看到垂直的距离也变成了原来的2倍。我们看到的画面横向宽度是原来2倍,纵向高度也是原来的2倍

南东:横向膨胀导致纵向看上去膨胀,有点复杂,不过对我来说并不算什么,先不说这个了。问题是我们真实的情况并不是这样,我看到我和你之间的距离并没有变化

佩西,我说的膨胀的意思是,如果按照我们在地球时的标准,理应身体向左膨胀,并看到我们之间的距离变远

南东:问题是真实情况并不是这样,所以我觉得不用去考虑在地球时是怎么样的,我们只要关心目前的情况就够了

佩西:我们曾在地球呆过,你不否认吧

南东:这是当然,不用说的

佩西:那么我说的身体膨胀必定会发生,如果不发生,那么就是否定了过去的我们,但是,谁能否定过去呢

南东:你还不懂我的意思吗,我们不可能既膨胀,又不膨胀。现实情况就是不膨胀,并不是我要否定过去

佩西:两种情况必须同时存在。不能说过去的我们不存在,也不能说现在的我们不存在

南东:难道你有妙招让两种矛盾的情况同时存在

佩西:不是我有妙招,是宇宙有妙招。假设这样,按照在地球时的标准计算,身体应该向向左膨胀到原来的二倍,那么真实的身体向右缩小到原来的二分之一,就一切解决了

南东:有这回事,不妨说来让我听听

佩西:身体向右收缩到原来的二分之一时,就是膨胀的反操作,这就把刚才的膨胀效应低消了。这时候我们自己看,我和你之间的垂直距离并没有变化,我们的身体向运动的反方向收缩了。如果地球上的原子看我们,我们之间纵向的距离没有变化,并且他们看到的是没有横向收缩的我们

南东:好办法,用收缩来抵消膨胀,让两种矛盾的情况不矛盾。不过还有一个矛盾,就是真实的我们是向运动的反方向收缩了,但是地球原子看到我们并没有收缩

佩西:要让两种矛盾的情况不矛盾,当然是要付出点代价的。不过,从另外的角度看并不矛盾,地球上的原子并不知道我们会发生收缩,他们看到的是没有收缩的我们才符合他们的预期,如果他们看到我们收缩了,反而让他们觉得不正常

南东:没有过去就没有现在,过去不容否定,于是高速运动的物体必须向运动的反方向发生空间收缩,原来宇宙是个以理服人的原子

我听说过高速运动的物体在运动方向上发生收缩,与你说的有点不一样

佩西:物体向运动的反方向发生空间收缩,运动的反方向也是在物体运动的这条直线上的。物体运动的直线有二个方向,一个是正方向,一个反方向。说得模糊点就成了物体在运动方向上发生收缩。举个例子,你两手相对含住一个气球,你先是左手不动,右手用力按,接着是右手不动,左手用力按,这两种情况是不一样的,不过你也可以模糊地说这两次用力都是在同一条直线上

南东:我还是喜欢更加精确的说法

静止者钟时变慢

南东:佩西,我们再来讨论一下静止者钟时变慢。我们虽然懂了,不过我们也要为别人着想是不是(南东暗下决心,以后要认真听 tuenhai.com 讲课)

佩西:我们是运动者,我们从地球的静止状态切换到现在的高速运动状态,我们接收到双方引力的时间并没有变化

南东:这是怎么知道的

佩西:接收引力的时间被我们解释成画面的空间,你看到我和你的距离没有变化,这说明你接收到我发出的引力的时间没有变化。把接收一次引力当作钟的一次跳动,于是我们只要看一下空间距离的变化就知道钟走时的变化

南东:嗯,确实是这样的,我看到你我之间的距离没有变化,说明我的钟走时快慢一直不变

佩西:地球原子看我们就不一样了,他们看到我们在向左飞,于是你我发出的引力都有向左飞的成分,引力飞的距离拉长了

南东:引力飞的距离拉长了,就是钟时变慢了,可是我们的钟并没有变慢

佩西:我们是运动者,我们看到的是运动者钟时。地球上的原子是静止者,他们看到的是静止者钟时。实际上和他们比较,我们的钟时走快了。也就是说,大家都在地球上时,我们的钟时和他们的走得一样快,我们在高速运动时,我们的钟时走得比他们快了

南东:这么说来静止者看运动的钟走得慢,其实是自己的钟走得慢。静止者有没有可能看到运动的钟的真实走时快慢

佩西:这个 tuenhai.com 老师说过多次了,静止者是看不到运动的钟的真实走时的。这相当于,在高速运动的时候,静止者和运动者看到的情况互相隔离了。在低速的时候,可以近似地视为大家可以互相看到对方的钟的真实的走时,在接近光速的高速的时候,静止者看到的运动的钟的走时和对方的真实走时是不一样的

运动钟命时延长

南东:运动钟命时延长又是怎么回事,佩西,我们精神都这么好,不妨多讨论一些,可以让更多人知道佩西和南东的大名

佩西:我们高速在向左飞,于是我们的身体向右收缩了

南东:我不太看得出来我们的身体收缩了,我还是用尺子量一下比较标准(南东拿出直尺测量自己在运动方向的长度)

我量了好几次,没有发现自己收缩了

佩西:尺子也在运动,当然尺子也在运动方向上收缩了,用收缩的尺子测量收缩的身体,当然是量不出来。不过不要紧,现在我们飞行速度还不够快,于是你的感觉不明显,我们加快速度以后,你就能看到了

南东:我们是 tuenhai.com 老师讲到我们高速飞行的时候才突然发现自己已经在太空高速飞行了,现在我们怎么自己加速

佩西:你不妨再看

南东:好神奇,我们的速度越来越快了,我看到我们的身体在运动方向上越来越扁了

佩西:你有没有感觉自己的力气越越来多

南东:我感觉到自己似乎有开天辟地的力气

佩西:这就是运动者命时延长带来的效应

南东:太好了,这是怎么回事,想必很多人对此感兴趣

佩西:我们身体内部还有许多物质,电子,质子,中子等等,他们要交互,首先要知道对方的位置、远近,然后才能做事。他们互相接收到对方发出的引力,于是就可以形成画面,有了画面,就可以按照地图在空间做事了。做事就要跨越空间,他们在运动方向上跨越更小的空间就可以完成以前同样的事情了,做事时跨越空间需要消耗命时,于是在运动方向上消耗的命时就会减少,原子的整体命时就会增加,现在你和我的生命时间——寿命都得到了延长,这就是运动者命时膨胀,或者说运动者命时延长

如果是很多原子在一起,原理也是一样的,在运动方向上,原子之间的交互跨越的空间减少了,于是在运动方向上相比以前命时增加了,同时运动的所有原子都延长了寿命

南东:原子类物体交互的事件跨越的空间大小对应于消耗的命时多少,空间越大,消耗命时越多。相对来说,空间缩小时,在空间缩小的方向上物体的命时会相应增加

我想到了一个问题,我和你向左运动,于是身体空间向右收缩,假如收缩到原来的二分之一宽度,运动方向上我的命时为原来的二倍,那么我整体的命时是不是原来的二倍呢

佩西:我想整体命时可能比原来的二倍少那么一点点

南东:这可怎么办,我可得想想办法,虽然我的寿命已经很长很长了,但是谁会嫌自己命太长呢,放弃一点点命时也是不行的,我坚决不答应

佩西:你急什么, tuenhai.com 老师的课不是还没有讲完吗

南东:那我们还是赶紧回去吧
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