To:jqsphy,guojia_new,cavalleria
[楼主] 作者:liangjz
发表时间:2002/05/30 15:35 点击:330次
|
论光速不变和时间的相对性
1905年爱因斯坦依据光速不变和相对性原理首次提出了狭义相对论。光速不变假设是基于迈克尔逊-莫雷实验的结果，所以这一假设的正确性是有实验基础的。但在证明两个做相对运动的惯性系的时间关系时，爱因斯坦并没有严格遵守光速不变假设。我们知道狭义相对论研究的对象是宏观高速运动的物体，由于光在测量中所处的特殊地位，所以我们必需考虑光在空间运行所需的时间这一因素。爱因斯坦从研究时间的相对性入手，应该说思路是正确的。但他似乎没有考虑时间的相对性是由多谱了效应造成的。
光速不变假设是爱因斯坦在1905年首先提出的，这个假设是基于迈克尔逊-莫雷为证明以太存在所做实验的否定性结论中得到的，爱因斯坦将这一假设应用到相对性原理中。光速不变假设是说从光源发出的光速与光源的运动状态无关即与光源所在的惯性系的选取无关。
假设在一列匀速行驶的火车上，安装一光脉冲信号发生器，在信号发生器的上方安装一面镜子使镜面的法线方向与从信号发生器垂直向上发射的光信号平行。当列车上的信号发生器经过路基上的观察者时，从信号发生器上垂直向上发出一光脉冲信号，列车上的观察者与路基上的观察者谁将接收到返回的脉冲信号？
根据日常的经验，如果光脉冲信号是由安装在路基上的信号发生器发射的，路基上的观察者认为他所在的参考系是静止的，所以他十分肯定他能接收到从路基上的信号发生器发射并垂直返回的这个信号。按照相对性原理，列车上的观察者也有权认为自己所在的列车是静止的，所以他也十分有把握地认为他能接收到从列车上垂直发射并返回的信号。
按照光速不变假设，从信号发生器发射的光脉冲信号与信号发生器是否安装在地面或列车上无关即与光源的运动状态无关，所以无所谓这个脉冲信号是从路基上还是从列车上的信号发生器发射的。脉冲信号从发射到返回需要一段时间，在这个时间里。列车已移动了一段距离。问题是从信号发生器上只发射了一个脉冲信号，而列车和相隔一段距离路基上的观察者都宣称自己能接受到了返回的脉冲信号，显然这是不可能的。
这里有三种可能性：1 路基上的观察者接收到了返回的信号而列车上的观察者没有，2 列车上的观察者接收到了返回的信号而路基上的观察者没有，3 路基和列车上的观察者都没有接收到返回的信号。前两种可能性有违相对性原理，所以唯一的可能就是第三种情况即两者都没有接受到返回的信号。如果是这样的话，我们一定是被从未被我们怀疑过的来自我们日常生活的经验所欺骗了，即垂直发射的光信号严格说是不会返回到信号发生器的。
在程守洙编写的《普通物理学》教材中，他在证明两个相对运动的惯性系的时间关系式时采用的是以上所说的第二种情况，所以得出的结论也一定是错误的。
由于从信号发生器发射的光脉冲信号与信号发生器所在的惯性系的选取无关，所以我认为可以利用垂直返回的脉冲信号与信号发生器之间的光点漂移确定信号发生器所在惯性系的绝对速度。
爱因斯坦提出狭义相对论是从研究时间的相对性入手的，狭义相对论研究是宏观高速运动物体的规律。我们知道光速是有限的，光从空间一点运行到另一点是需要时间的。当研究两个相对运动的物体时，多谱勒效应是必须要考虑的因素。
假设有两个完全相同的信号发生器，每隔一秒发出一个光脉冲。调整两个信号发生器使之发出脉冲的时间同步。将这两个发生器分别安装在两部车上，令这两辆车以相同的速度朝相反的方向行驶。
两辆车上的观察者会发现，从对方车上发出的光脉冲信号与自己所在车上的光脉冲信号不同步了，并且从对方车上发出的光脉冲信号的间隔逐渐变大了。两辆车上的观察者得到的结论是：对方的时间在变慢！
当两辆车停下来时，两辆车上的观察者会发现，从对方车上发出的光脉冲信号与自己所在车上的光脉冲信号的频率是相同的但相差了一个时间。
现在令这两辆车以相同的速度相向而行，两辆车上的观察者会发现，从对方车上发出的光脉冲信号的间隔逐渐变小了。两辆车上的观察者得到的结论是：对方的时间在变快！
分别以两辆车A和B为坐标原点建立坐标系K和k，使K系的OX轴与k系的ox轴重合。在两个坐标原点处分别安装完全一样的时钟。K系的时间用T表示，k坐标系的时间用t表示。K与k的相对运动速度为V。当两坐标系的原点重合时，调整两个坐标系上的时钟使之等于零。经过一段时间后，两车之间的距离为S，此时从B车的信号发生器上发出一光脉冲信号,在K系上观测的时间（时刻）为T，在k系上观测到的时间（时刻）为t。根据以上已知条件，我们可以列出以下方程：
T － t = S／C (1)
S = t × V (2)
将（2）式代入（1）经过整理后得到；
T = t(1+V／C) （3）
分析（3）式我们可以看出，当速度V＜＜C时，T≈t，由于1＋V／C≥1，所以T≥t, 当两车相对运动的速度V=C时，T=2×t。我们得到一个结论，从K系上看k系上事件发生的时间要比K系上的时间慢即所谓的时间膨胀。
同理我们还可以推出当两个坐标系相向运动时，从一个惯性系观测另一方个惯性系的时间是变快的即时间收缩。
|
本帖地址：http://club.xilu.com/hongbin/msgview-950451-16756.html[复制地址]