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好久没有来这儿讨论了，原因是感觉大家对相对论的理解程度参差不齐，谈不到一块，没有意思。 近几天闲着 ，想讨论点基础问题，如果能达成共识，或许有利于后面深入讨论。 今天想讨论点相对论长度收缩的性质。这种性质正规教课书从没有正经说过，也没人认真总结过。 大家知道，相对论认为存在长度收缩效应，物体的长度在运动的观察者看来会缩短。现举几个例子，请大家讨论： 有A、B两点相距1米； 有一橡皮泥做的棒长1米； 有一弹簧长1米； 有一长2米的弹簧被压缩成长1米； 有一钢性特强的棒长1 米； 有一标准的钢尺长1米。 所有这些物体（包括A、B这两点）在甲惯性系中并列排在一块，惯性系乙相对于甲系沿物体长度方向以0.8C运动，请问： 1、 在乙系看来，这些物体（包括A、B这两点）的长度与材料的性质无关，均为0.6米吗？为什么？ 2、1米长的物体被乙系观察为0.6米，能认为物体是处于压缩状态吗？是外力作用的结果吗？如果是，是什么力？谁是施力体？该有多大的力才能将钢棒从1米压缩为0.6米？这种力性质为什么这么独特，能对不同物体产生大小完全不同的力？ 希望通过这种追问让大家讨论清长度收缩的本质。 |
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相对论效应，通常说的都是二阶效应，不论教科书还是那些权威都是如此。
然而在速度远小于光速的情况下，二阶效应远小于一阶效应，这是都知道的。不过爱因斯坦说牛顿理论是一阶近似。似乎就不用考虑一阶效应了。 而实际上并非如此。在洛仑兹变换中，我们忽略二阶效应，令那个系数等于 1 ，会出现什么结果呢？ x'= x - vt y'= y z'= z t'= t - vx/c2 这里 可以看到，去掉最后一项以后，就与伽利略变换完全一样了。但多出来的这一项可以是一阶小量，v/c是一阶小量，但x/c可以不是小量，只要x取的足够大。这一项的影响可远大于二阶效应，但很少有人说起。而本人经常提到的对钟问题，就是这一项带来的。或者说对钟问题带来的影响可以远大于二阶效应。特别是将时间单位缩小到ns或ps之后，就可以看得更清楚了。 |
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对【2楼】说： 久广先生似乎没有回答主楼问题。不知你怎么看？ |
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相对论中，两个相对运动的参考系中有不同的同时。对于运动的尺来说，改变了同时，长度自然就变了。
这应该是不难理解的吧。即使不考虑二阶效应，情况也是这样的。 相对论的尺缩是通过时空变换而产生的，应该与力没有关系。如果与力有关的话，就是另外的理论了。 |
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对【5楼】说： 老刘，你为何回答问题总是似答非答，不能针对我的提问明确而肯定地回答吗？ 难道我不知道不受力？恰恰是许多人在这儿知道不受力，情况稍一变化，就乱说什么受力问题，我只是想从开始来引导大家把此问题看透。 |
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黄先生，好久没见你上论坛了。
你说的收缩实际上是一种变换收缩，与材质无关，也没有额外的力，而是与人为设计的计量机制密切相关的，具体一点说，是与人为规定的计量基准、对钟、计量规则有关，一旦计量机制变了，这种收缩结论会改变的。目前正规的教科书还没有真正分析清楚其原理，刘先生说对了一部分。 |
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如果将相对论的尺缩问题，理解为洛伦兹变换的尺缩问题，就容易达成一致了，只是在洛伦兹变换中没有明确规定的部分，就会有人做一些不同的规定，那就有争议了。
我是希望大家换个思路思考问题，一般而言，一阶小量远大于二阶小量，为什么谁都知道二阶相对论效应，而对一阶效应却避而不谈呢？愿意恐怕是一阶效应容易被检验，而又有其不确定性，想到的权威们就回避了，而很多人则没想到有这样的问题。 |
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对【7楼】说： 你说得对！相对论收缩实际上是一种变换收缩，是一种时空变换收缩，与材质无关，也没有额外的力。 只不过你认为这种变换是约定性的，是不同的计量约定导致的。而相对论认为，正确的时空变换就是相对论性的，这不是人为约定，而是由事实证明正确的变换。 |
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对【8楼】说： 我们反对的就是将相对论的尺缩问题理解为洛伦兹电子论尺缩。相对论尺缩仅仅是一种变换性尺缩，是时空变换尺缩而不是物质变化性尺缩。 相对论推导并得出长度收缩的结论，完全是源于时空坐标点的变换，这种坐标点既可以是纯粹的空间点，也可以是任何物质占据的空间点，所以其结论不仅适用于空间两点，也适用于这一空间距离上的任何材料的物质，即任何物质都有相同的相对论性尺缩。 所以相对论中尺缩既不是任何外力作用造成的，反过来，相对论尺缩也不会在物体内部造成任何额外的内应力。 |
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9楼，在物质与精神的关系上，人们往往偏重于从物质的角度思考问题，自然科学领域尤其如此，甚至认为自然科学领域只能从物质领域寻找结论的原因，岂不知这是一种错误的思维意识。
黄先生已经认识到这种变换收缩与物质结构、什么样的物质、甚至有没有物质无关，为什么还要坚持从物质领域找原因？为什么不从精神领域思考一下？要知道，没有任何一个人能从物质的角度证明水桶必定是圆的或必定是方的，因为水桶的形状与精神领域有关。 |
| 科学就如同一只水桶，是物质与精神的共同产物，所以并不是所有科学结论都完全取决于物质领域。 |
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相对论的尺缩，都是从洛伦兹变换来的。而且多数人说的，都是那个系数包含的二阶效应，而未注意到由同时性问题所产生的一阶效应。忽略了二阶效应，仍然可以通过改变同时，使运动物体的长度出现变化。
其实这里包含了两个关键因素，一个是同时，一个是相对运动。如果没有相对运动，即使有不同的同时，也不会有长度收缩，例如地球表面，就有两种不同的同时，但不会对相对静止的物体的长度造成影响。实际上除了测量光速之外，不同的同时几乎没有任何可以观测到的效果。同时测量运动物体的长度，当然应该能有不同的结果，但我们几乎不能测量运动物体的长度，而只测量静止物体的长度就足够了。运动物体的长度，只用低精度的估算。 二阶小量的效应，当然应该放在一阶小量之后考虑，只是相对论的著作中却没有这样做。这样会有更加复杂的结果，但仍然是同时测量运动物体长度的问题。 只有这两点同时存在，才有尺缩问题。旋转参考系会带来更多问题。不过运动的尺的长度在静止系中很难测量。 |
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对【11楼】说： 我没有想从物质领域找原因解释相对论长度收缩，我只是想论证相对论长度收缩根本不成立。思路是，先彻底弄清相对论长度收缩的性质，再根据该性质推论，引出与实际矛盾的结论从而论证相对论的不正确。 |
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对【13楼】说： 老刘，讨论问题要集中，你要么回答我1楼的问题，要么对我10的看法作出评价。 |
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14l楼，那你是从物质领域还是非物质领域来证明呢？所谓与实际矛盾，似乎是想从物质领域给出否定的证明，然而这是永远不可能的。因为有一个什么样的变换，并非完全是物质领域确定的，主要取决于人类的设计，是人类约定的一种规范。
伽利略变换相当于人类设计了一个圆形水桶，洛伦兹变换相当于人类设计了一个方形水桶，证明洛伦兹变换不成立就如同有人想证明方形水桶不成立，你认为能做到吗？ |
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根据相对论的观点，我试着总结一下相对论长度收缩的性质：
1、相对论长度收缩是时空变换的结果； 2、相对论长度收缩是一种时空效应，物体在不同时空中自然会呈现出不同的长度，是自然呈现； 3、相对论长度收缩是真实存在的，同时也是观察结果（但不仅仅是观察效应）； 4、相对论长度收缩适应于所有物体（包括空间两点间的距离），与物体材料性质无关； 5、相对论长度收缩不是外力作用造成的； 6、相对论长度收缩不在物体内部造成额外的内应力。 |
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[楼主] [17楼] 作者:hudemi
我先论述一个基本的道理： 假设正如你主题所说，甲系、乙系互测对方的1米都是0.6米，那么，在此基础上，以甲系的计量为基准，通过改变乙系的计量，请看以下变化。 第一步，由甲系测量乙系的1米为0.6米来推测，甲系测量乙系的5/3米就是1米。据此调整乙系的米尺，将乙系原来的5/3米定义为乙系新的1米。于是，在新的约定下会有： 1、甲系测量乙系新的1米为1米。 2、乙系用新的1米测量甲系的1米变成0.36米（用乙系原有的同时来测量）。 第二步，调整乙系的对钟，使乙系对钟的结果与甲系相同（即使得乙系约定的同时与甲系约定的同时相同），如此一来，结论就会变成： 1、甲系测量乙系新的1米为1米。 2、乙系用新的1米测量甲系的1米也是1米（用乙系调整后的同时来测量）。 通过这两步的调整，相对尺缩消失了，变成了与牛顿力学完全一致的结论。当然，我们也可以反着操作，使得与牛顿力学一致的结论转换成与相对论一致的结论。 黄先生，你认为上述变化有没有问题？ |
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我非常纳闷。
制作两把相同长度的米尺，一个放在甲系，一个放在乙系，各自用各自的米尺衡量自己系内的东西不就完了吗？当两个米尺速度不一样，一个米尺超越另一个米尺时（平行方向超越），尺头对尺头的时刻，也是尺尾对尺尾的时刻。这两个尺子都没有受到物理力的压缩，因此在任何参考系测量到对方的1米也是自己的1米。 |
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工业上经常用到飞锯或飞剪，用于把运动中的带材或线材切割成固定长度的段落。因为将带材或线材切割下来总需要一定时间，而材料又是在不断前进的，因此就需要这锯或剪具有线材一样的速度，同步后，咔嚓一下，切下来的长度就是预想的长度。它们会和线材保持同步速度，这就叫“飞”。
我们完全可以在地面上准备好一个飞锯，它具有两个相距1米的锯片。它可以对任何速度的线材保持同步后切割下来1米长度的段落。 假如一个运动参考系上有这样的一根线材和参考系同步运动（相对静止），当这线材进入我飞锯的范围后，飞锯立刻赶上并且抓住线材实施切割，弄下来一段长1米的段落。此后，你们可以拿这个段落回到你们各自的参考系中和原先发给你们的两把米尺做长短静态比较去，你们就知道长短是变了还是没变。 |
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还有，jiuguang先生说的同时和长度的关系也令人费解。我们知道，米原器是衡量长度的标准。用米原器校对各国所用米原器复制品的时候，用不着什么同时不同时，只比较长短就可以了。 |
| 在高速尺子两端，安置两个激光发射器。这两个激光发射器可发出时间同步的短脉冲。尺子平行于一个静止的大感光胶片运动。我敢保证，只要尺子没有物理伸缩，在任何尺子速度下，激光枪发出的两短暂光脉冲都会在底片上留下间距1米的影像。 |
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如果物体尺寸没有发生物理伸缩，那么甲、乙互相测量到对方1米长度得到0.6米就是错误测量，要么就是测量仪器有毛病，要么就是方法不对。我无法想象两根相同长度的米尺在不发生物理伸缩的情况下，在不同速度运动中相会和，会发生尺头对齐那时刻，尺尾互相在对方的0.6米处。不要说测量，就是刻意画出这种情形也画不出来。老宋先生，能静态地画出来这情形吗？
运动的米尺上面各刻度点，速度都是均匀的，尺头和尺尾都具有相同速度。当一个高速米尺错过静止米尺时，高速尺头抵达静止尺头时，高速尺尾也会同时抵达静止尺尾。高速尺上任意刻度都和静止尺相同刻度在同一时刻重合。两尺总是一样长，这是没有物理缩短时的情形。
如果说高速米尺的尺尾和静止米尺的0.6米位置重合，那就是高速米尺产生了物理缩短。那就不能同时有静止米尺的尺尾也和高速米尺的0.6米位置重合，静止米尺不能也物理缩短。
也就是说互相测量到对方尺缩的情况根本不可能出现。而如果出现了单方向测量结果是尺缩，则另一方向测量的结果必然是尺胀。这是相对而言的嘛！那此时一定存在物理长度变化。
相对论拥护者既不想承认有物理尺寸伸缩，又要搞物理测量。两头都想占，两头都占不上。 |
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对【20楼】说： 你这样说，说明你还没有理解相对论的同时性的相对性。在两个系看来，这两把尺不可能同时尺头对尺头尺尾对尺尾。 |
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对【19楼】说： 你别忘了，甲、乙系还应该计量规则对等，这做到了吗？ 物理学不是计量游戏，不是为了计量而计量，更不会为了相同而曲意改变计量。 |
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在原点0米到1米处放置一个无质量米尺R'，米尺R'头部A'有一个质点Ma，米尺的尾部B'有一个质点Mb，设Ma=Mb，分别受到两个相同的恒力加速，加速度都是a，加速时间是t，t时刻到来时速度达到0.8c。因加速度相同，米尺R'实际不受力（可认为米尺R'根本就不存在），在距离原点10000米的位置B点到10001米的位置A点放置另一米尺R，t=0时开始加速两质点，到达时间t时，质点Ma到达A点，质点Mb到达B点。
质点Ma和质点Mb具有初始距离1米，在t时刻它们的距离还是1米。它们经过了相同的加速时间，也有相同的瞬时速度。 请问有什么理由说Ma到达A点时，Mb已经超前了B点，跑到AB之间和A的距离为0.6米的位置上去的？为什么Mb的速度会快于Ma的速度？ |
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[28楼] 作者:王普霖
王先生得首先搞明白什么是 同时 ？没搞明白这个问题之前，其他讨论都是没有意义的。 |
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对【28楼】说： 这正是我后面要讨论的，不急。先让大家对我总结的长度收缩的性质加以讨论。 |
