他们所在的位置时,火箭上钟的指示与本地钟的指示是一样的。而在B点观察员则发现,在火箭未出发前,火箭上钟的指示已经比B点的时间慢了一些,但随着火箭逐渐接近,火箭上的时钟却变得越来越快,当到达B点时竟然与B点的时钟是一样的。如果在火箭里也有一个观察员,他会得到这样的结论即当火箭运动起来后,A点的钟变慢了,B点的钟变快了而沿途所经过的钟所指示的时间与火箭上的时间是一致的。在上面的例子中,火箭相对于A和B的运动方向是不同的,所以从A点和B点观察的结果也应是不同的,相对于A点时间是变慢了,相对于B点时间是变快了。时间是变快了还是变慢了取决于观察者与被观察的物体之间的距离是增加还是减少了,变快变慢的速度与两个物体之间的相对运动速度有关。下面我们将定量的分析上面的例子。
我们仍用上面所举火箭的例子,将两个校准好的时钟分别放置在AB两地。火箭以速度V从A点向B点运动。AB两点之间的距离为S。令ΔT1为火箭经过AB两点时,在AB两点的观察员所记录的时间之差。令ΔT2为在A点的观察员记录火箭经过AB两点的时间差。当物体达到B点时,光返回A点所需的时间为AB之间的距离S除以光速C。根据以上条件,我们可以得到: ΔT2-ΔT1= S/C (1) S=V×ΔT1 (2) 将(2)式代入(1)经过整理后得到; ΔT1=ΔT2÷(1+V/C) (3) 分析(3)式我们可以看出,当火箭运动的速度V=C时,ΔT2=2×ΔT1;当火箭运动的速度V<<C时,ΔT1≈ΔT2,由于1+V/C≥1,所以ΔT2≥ΔT1。我们得到一个结论,火箭上的时间变慢了即时间膨胀,当然这是从A点观察所得到的结论。如果从B点观察,结论又是怎样呢?我们仍然令ΔT1为火箭经过AB两点时,在AB两点的观察员所记录的时间之差,ΔT2为在B点的观察员记录的火箭从A点到B点的时间差,光从A点到B点所需的时间为S/C。与上面类似我们可以得到: ΔT1-ΔT2= S/C (4) S=V×ΔT1 (5) 将(5)式代入(4)经过整理得到: ΔT1=ΔT2÷(1-V/C) (6) 从(6)式我们可以看出,当火箭运动的速度V=C时,ΔT2为零,也就是说当你看到火箭出发时,火箭已经到了你跟前了;当火箭运动的速度V<<C时,ΔT1≈ΔT2,由于等式1-V/C≤1,所以ΔT2≤ΔT1。所以我们又得出一个相反的结论,火箭的时间变快了即时间收缩了。
到目前为止,我们都是在基于光速不变这样一个前提下讨论问题的。光速不变假设是爱因斯坦从迈克尔逊-莫雷为证明以太存在所做的干涉实验的否定结果中得出的推论。在上面的讨论中,运动物体的速度V是这样得到的,在AB两地分别放置两个校准好的时钟,AB两地之间的距离为L。在A点记录物体出发的时刻,在B点记录物体到达的时刻,用两地之间的距离L除以两地所记录的时间差,就得到了运动物体的速度,这样计算的结果与两地之间的距离无关。当然还可以用另一种方法,在A点记录物体发出的时刻,在物体经过B点返回到A点时,记录物体到达的时刻,用两倍的距离L除以在A点记录的时间差,就得到运动物体的速度。这两种算法的结果是一样的。如果从A点来观察运动的物体在一去一回时速度是否是一样呢?用我们上面所得到的时间膨胀和时间收缩效应的结论,我们可以得出,物体在离开A点后,速度是变慢的,而当物体从B点返回时,速度又是变快的,当然这是从A点观察所得到的结果。
狭义相对论还存在另外一种效应即尺缩效应。可以采用同样的方法,证明运动物体的长度随观察者与运动物体之间的距离的减少,还存在长度伸长的效应。通过以上讨论,我们清楚了,同时性是相对的还是绝对的取决于观察时间的方法,离开这一点强调同时性是相对的还是绝对的是没有意义的。即使按照同时性是相对的观点,时间除了膨胀效应外,还应有收缩的效应,所以说双生子佯谬本身是不存在的。 上一页 [1] [2]
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