3.线段s的长度
【注意】,线段s是平行于x轴的,这种安排不失一般性
什么是“线段的长度”?这个概念略不同于“位置”。如果这条线段相对于A系静止,我们只需在A系中读出其两端点的位置坐标,相减即可,不需考虑时间。如果线段是(相对A系)匀速运动的,那么在测量线段长度是就必须考虑运动,相应的可以采用两种方法:1.令坐标尺跟着线段运动读数(建立一个相对线段静止的惯性系B,在B系中按静止线段的方法测量);2.观测者的眼睛足够快,在极短的时间内(最好是【同时】)读出线段相对A系的两端点坐标,两坐标相减即长度。
在日常生活中(笔者脑内“日常”就是伽利略变换),这两种方法是等价的,两种方法测得的结果一定相等。但是在相对论时空观下,第二种方法中的【同时】变成了相对的概念。两种方法不一定得到同一结果。
再次引入式【3.1】
在A系“同时测量”线段s的端点位置意味着两次测量的时间间隔Δt=0,带入第一式中,易得:。。。。。。。。。。。。【3.4】
我们说过,在相对线段s静止的惯性系测量两端点位置时,不在乎测量时间差,而B系就是这样一个参考系,所以我们不必在乎Δt’的值。【3.4】式直接体现了两种测量方式引起的差异。(至少结果不相等对吧)
线段的长度测量值,取决于线段相对于参考系移动的速度,这样的现象在经典图景下是不可想象的。对相同的一条线段,在【相对其静止的参考系】下测量的结果(Δx’),要小于在【相对其运动的参考系】测量的结果(Δx)。这样的结果,可以解释为【相对线段运动的尺】,比【相对线段静止的尺】要短。这就是著名的尺缩效应。
(但是笔者不喜欢这种解释,如果用已经收缩的尺去量尺,那么尺还会是收缩的吗?如果用已经慢掉的钟去衡量钟的周期,那钟还是不是慢的?笔者在高中时局限于这种思路,结果在相对论这方面毫无建树,这一局面直到认识到待定系数法的重要性后才有所改观。在笔者看来,先去构造测量结果的关系,再去讨论测量的意义,这样的理解过程更深刻)
利用类似的方法,从洛伦兹变换出发,可以轻易看出钟慢效应,此处不作讨论。
【注意】,线段s是平行于x轴的,这种安排不失一般性
什么是“线段的长度”?这个概念略不同于“位置”。如果这条线段相对于A系静止,我们只需在A系中读出其两端点的位置坐标,相减即可,不需考虑时间。如果线段是(相对A系)匀速运动的,那么在测量线段长度是就必须考虑运动,相应的可以采用两种方法:1.令坐标尺跟着线段运动读数(建立一个相对线段静止的惯性系B,在B系中按静止线段的方法测量);2.观测者的眼睛足够快,在极短的时间内(最好是【同时】)读出线段相对A系的两端点坐标,两坐标相减即长度。
在日常生活中(笔者脑内“日常”就是伽利略变换),这两种方法是等价的,两种方法测得的结果一定相等。但是在相对论时空观下,第二种方法中的【同时】变成了相对的概念。两种方法不一定得到同一结果。
再次引入式【3.1】
在A系“同时测量”线段s的端点位置意味着两次测量的时间间隔Δt=0,带入第一式中,易得:。。。。。。。。。。。。【3.4】
我们说过,在相对线段s静止的惯性系测量两端点位置时,不在乎测量时间差,而B系就是这样一个参考系,所以我们不必在乎Δt’的值。【3.4】式直接体现了两种测量方式引起的差异。(至少结果不相等对吧)
线段的长度测量值,取决于线段相对于参考系移动的速度,这样的现象在经典图景下是不可想象的。对相同的一条线段,在【相对其静止的参考系】下测量的结果(Δx’),要小于在【相对其运动的参考系】测量的结果(Δx)。这样的结果,可以解释为【相对线段运动的尺】,比【相对线段静止的尺】要短。这就是著名的尺缩效应。
(但是笔者不喜欢这种解释,如果用已经收缩的尺去量尺,那么尺还会是收缩的吗?如果用已经慢掉的钟去衡量钟的周期,那钟还是不是慢的?笔者在高中时局限于这种思路,结果在相对论这方面毫无建树,这一局面直到认识到待定系数法的重要性后才有所改观。在笔者看来,先去构造测量结果的关系,再去讨论测量的意义,这样的理解过程更深刻)
利用类似的方法,从洛伦兹变换出发,可以轻易看出钟慢效应,此处不作讨论。