为什么要从严治党:【一个相对论的经典问题】

来源:百度文库 编辑:查人人中国名人网 时间:2024/04/29 09:48:16
有两个人 若A在地球 而B则以0.95倍光速的速度乘宇宙飞船离开到另一行星上
推断1:那么对于B来说 由于在95%的光速下,γ的值大约等于3.2。因此若对于A来说32个小时 对于B却只有10个小时[时间膨胀]
推断2:但对于A来说 B是运动的 正以0.95倍光速远离他 那么同样对于B的10个小时 A的时间却是10/3.2即3小时左右
结论:对于A时间同时为32小时和3小时这个现象 可以用相对论的推论"同一参照系中的两个同时(但不同地点)发生的事件相对于另一个参照系不同时发生。"来解释
但是 如果A在走了一半又以0.95倍的光速返回 那么应该怎样解释 因为好像相对论中没有方向的参数耶 那么结论也应该正确 即:A时间同时为32小时和3小时 但对同一地点发生的事情 参照系是不起作用的 也就是说不能用相对论的推论解释这个问题 请问现在怎样解决这个同时性的问题
[不好意思 我是一个医科学生 对高等物理现在只是个外行 请高手帮我解决这个问题]
忘了说谢谢了^-^

回『1966年用μ子作了一个实验,让μ子沿一直径为14米的圆环运动再回到出发点,实验结果表明运动的μ子的确比静止的μ子寿命更长。』
能分析一下 告诉我为什么吗?

答案:广义相对论
在狭义相对论中双生字佯缪是没办法得到圆满解决的,在广义相对论中,被忽视的飞船改变速度和方向的效应变得不可忽视,也就是说飞船的加速和减速对系统产生的效应被狭义相对论忽略了。广义相对论认为,引力场会引起广义相对论的钟慢效应,而变速运动等效于引力场。如果B一直以匀速直线运动驶离A,确实是A,B都观测到对方更年轻,但这样的话,A和B也永远不会再见面,来确认到底谁年轻
B要回来,必须经过一个变速阶段,减速到0再加速返回,所以飞船B的整个旅程就不是一个惯性系,就是在掉头前后,B对A的描述从一个惯性系急剧的变化到另一个惯性系
用公式计算可知,掉头后由于速度变为负的,所以时间差也变为原来的负值!假设B掉头的地方距地球8光年,B的速度为0.8c=0.8光年/年,掉头前B观测到A的钟落后了6.4年,掉头后B会发现A的钟变为超前自己6.4年,所以B发现掉头的瞬间地球上过去了6.4+6.4=12.8年

A的结论:8光年以0.8c的速度要飞10年,所以20年后B会回来,但B的钟变慢,地球上20年后B应该只过了12年
B的结论:因为动尺缩短,8光年的距离在B看来只有4.8光年,所以B在飞船上只需飞6辏?2年即可回到地球;而在B看来地球上A的钟变慢,B过了6年时A的钟只走了3.6年,来回7.2年,再加上掉头时突变的12.8年,在B看来地球上A应该过了7.2+12.8=20年
可见并无矛盾

为什么掉头时时间会突变?首先要确认掉头前后B所处的是两个不同的参考系。由洛仑兹变换中t的公式可推得,掉头前:
tA-tB=(u/c^2)*(xA-xB)=0.8*(-8)= - 6.4年,即地球上A的钟落后了6.4年
掉头后只需把u换成(-u):
tA2-tB2=-0.8*(-8)=6.4年,变成了超前6.4年
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其中tA,tB是掉头前B观测到的A的钟及B自己的钟的时间
tA2和tB2是掉头后的
xA和xB是A与B的坐标位置

说得通俗一点,A和B已经是两个世界的人了。因为他们的参考系不一样。所以他们的时空错离了。
由于狭义相对论不涉及加速度。如果是宇宙飞船飞离地球的话,会有一段加速度。不如改成一宇宙飞船以0.95倍光速飞向地球。并与一个二十岁的年轻人M擦身而过。再假如飞船上也有一个同样是二十岁的一年轻人N。让我们看一下是怎么回事。
地球上的二十年前观察到的飞船上是什么情景呢?是不是可以看到N的出世呢?不是。只能看到N十三四岁的样子。
而飞船上二十年前观察到的地球上是什么情景呢?是不是可以看到M的出世呢?也不是。只能看到M十三四岁的样子。
虽然很奇怪,可是并没有矛盾。

时间是相对的。
在任何参考系中,光速不变————1
物体运动的方向不影响时间的相对性————2
物体的变向运动过程中一定存在加速度————3
可知B所在参考系时间一直都是A所在参考系的1/3.2,而且当B一直相对于A以0.95倍的光速运动,A、B永远按照1/3.2的时间进度。
但是当B反向是其速度相对于A已经不再是光速的0.95倍了。(天文学上的蓝移和红移的反向可以证明这一点)

后一个问题可以直接在高中物理课本中找到。

1966年用μ子作了一个实验,让μ子沿一直径为14米的圆环运动再回到出发点,实验结果表明运动的μ子的确比静止的μ子寿命更长。

当物体不是做匀速直线运动时,是不能用狭义相对论来处理的.在飞船飞了一半回头的时候,就不再是做匀速直线运动了,所以此时是不能用狭义相对论来解释的.事实上,由广义相对论知,在飞船回头时它的时间流逝是很快的,这时的时间流逝加上它匀速运动时的流逝,正好与B的一样.这时候并不违背因果律.
μ子沿一直径为14米的圆环运动再回到出发点,这时μ子是有向心加速度的,广义相对论的广义等效原理说加速度场与重力场等价,而时空在重力场里弯曲,时间流逝变慢,故μ子沿一直径为14米的圆环运动再回到出发点μ子寿命更长.

当A返回时,速度方向有重大调整,必须经过加速阶段才能完成这一"调头",就不能用狭义相对论解释了,广义相对论处理加速过程。