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上次匆匆答了黄新卫三个问题后就出差了。
黄新卫第三个问题是“洛仑兹收缩不存在”——空心方框中转动的环形珠链问题。 黄新卫的诘难是:如果存在洛仑兹收缩,则珠间距变小,而空心方框的周长不变,因此珠数必然增多,黄新卫问“多出来的珠子从哪里来的?” 我的原回帖误会了原意,在动系和静系间解决了另一个佯谬。 现重新回答如下: 珠链确实发生了洛仑兹收缩,但由于方框的周长不变,这根收缩的环形珠链又被迫发生机械拉伸,总的效果是珠间距不变,不存在多出来珠子的问题。但是,珠链上产生了因拉伸而造成的张力,这就是洛仑兹收缩在这种情形下的效应。 出差回来还发现黄新卫提出了第四个问题:没有重力场的水平面上有两根相同的竖立的被压缩的弹簧,弹簧上各自顶着一个相同的小球,两个小球上顶着一根横杆,小球和弹簧从横杆中点等速无摩擦地向两端运动,同时弹簧弹起。 黄新卫的诘难是:在静止观察者看来,小球被弹起的加速度相同,因此横杆保持水平。而水平运动的观察者看来,小球动质量不同,弹起的加速度不同,而且小球冲出横杆端点的时间也不同,因此横杆不能保持水平,这似乎是一个矛盾。 本人回答如下: 设两个弹簧相对于静止系的水平速度分量为±u,弹簧的随动观察者看到小球的垂直加速度为a,则在以水平速度v运动的动系看来,小球的垂直加速度a'=a*sqrt(1-w2/c2),其中w=(v±u)/(1±vu/c2),两个小球的加速度确实不同。 现在来看弹簧滑过横杆上的水平距离元dL时,小球的垂直速度增量dvy=a'dt=a'dL/(w-v)=a*sqrt(1-w2/c2)dL/(w-v)=a*sqrt[(c2-u2)/(c2-v2)](dL/u),此式与u的符号无关,也就是说左右两弹簧相对横杆滑过相同距离时小球获得的垂直速度分量的增量是相同的,或者说小球离开横杆端点时的垂直速度相同。进一步可以证明,小球离开横杆端点时垂直运动距离也是相同的(略)。 由于小球不是同时离开横杆端点,因此动系中横杆不是水平的。但这是相对论中最普通的结论。静系中平行于x轴而在y轴方向运动的横杆,在沿x轴方向运动的观察者看来,不是平行于x(x')轴的,而是转过了一个角度,这正是由于同时性的相对性造成的。我们说运动杆平行于某基线,必须是“同时”确定杆的端点或各点,而这个“同时”在不同参考系中是不同的。 |