请教相对论的问题,如下文爱因斯坦告诉我们一个物体的质量M、长度L、时间T都不再是一个恒定不变的量,比如以我们自身为参考系,一个相对我们运动的物体的质量M、长度L、时间T,会随着相对

来源:学生作业帮助网 编辑:作业帮 时间:2024/05/04 10:30:51
请教相对论的问题,如下文爱因斯坦告诉我们一个物体的质量M、长度L、时间T都不再是一个恒定不变的量,比如以我们自身为参考系,一个相对我们运动的物体的质量M、长度L、时间T,会随着相对

请教相对论的问题,如下文爱因斯坦告诉我们一个物体的质量M、长度L、时间T都不再是一个恒定不变的量,比如以我们自身为参考系,一个相对我们运动的物体的质量M、长度L、时间T,会随着相对
请教相对论的问题,如下文
爱因斯坦告诉我们一个物体的质量M、长度L、时间T都不再是一个恒定不变的量,比如以我们自身为参考系,一个相对我们运动的物体的质量M、长度L、时间T,会随着相对于我们的速度而变化. 这句话中是以我们为参照物,不是应该静止吗?怎么会有速度 该怎么理解

请教相对论的问题,如下文爱因斯坦告诉我们一个物体的质量M、长度L、时间T都不再是一个恒定不变的量,比如以我们自身为参考系,一个相对我们运动的物体的质量M、长度L、时间T,会随着相对
是这样,相对我们静止的物体长度、质量、时间,对于我们这个观察者来说,是恒定不变的量;
但是,对于其他的观察者来说,由于这些物体相对于他们是非静止的,所以他们观察到该物体的长度、质量、时间与我们观察到的是不一样的.
当一个物体相对于我们以100的速度往A方向移动时,我们测量到该物体的体积、质量、时间是一个数值;
当它的速度提升到200时,我们能够测量到的体积、质量、时间将是另外一个数值.
即,我们虽然是静止的,但是物体是运动的.
所谓相对论,即相对观察者的不同,宇宙间除光速外没有绝对量值.

以我们为参照系时我们自己是静止的,但相对我们运动的物体速度不静止。

比如我们扔出一个球,球的速度不静止。相对球而言,我们的速度不是0。

 

在物理学中,速度是描述两点间距离变化快慢的物理量,所以说到物体的速度一定是两个物体。一个是物体,一个是人,人也是一个物体。事实上真正的物理中抽象的速度是两个点,因此也是物体上某点与另一物体上的某点的距离变化率。

 

如果不说相对谁,那么一般默认相对观察者。而所有的质量、长度、时间也都是相对观察者而言的。单独一个物体不存在距离(或者说与自身和距离是0),因此不存在速度。

一个观察者观测的结果也与另一观察者的结果不同。

 

质量随速度而改变,那也是相对观察者而言的,不同观察者看到的质量不同。

 

根椐F=ma,两边同乘距离就是功,而功就是能量转化的数量。那么一个物体的质量全部转化成能量就是FS=maS=E=mv²

但是一个物体本身是没有速度的,只有一个相对光的速度。所以静止的物体的能量为E=mc²。

当物体相对某参照系以速度v运动时,能量必然增加,总能量就是E+E动,由于c是常数,所有增加的能量就都表现出m的增加。

物体相对不同观测者的速度不一样,动能就不一样,所以不同观测者看到的总质量也不同。

但是,发生变化只是总质量的(动能)部份,静止时的能量不变。

 

与质量变化一样,长度和时间的变化也是:速度效应+固有时间。

速度效应是由于相对速度对观测的影响造成的。而物体固有的时间与引力场强度相关,与引力场强度成反比。

 

如上图中A是一个相对O以速度v运动的惯性系,B上A系统上的一点,一光子钟的光子(钟摆)在AB间往复运动。

当A与O重合的刹那,光子由A和B运动。当光子到达B时,A看到的光子路程是ct' ,O看到的光子路程是ct ,并且在t 时间内A系统移动了vt的距离。

三者关系是:(ct')²+(vt)²=(ct)²,勾股定理都知道。

解得t'与t的关系就是:t'=t×√(1-v²/c²)

注意不要误读这个关系式,这里的t' 比t  慢,不是说变慢了,而是观测者看到的时间比固有时间快。反过来说就是:高速运动的物体上的固有时间比观测到的时间慢。从图上就能看出来,v无论大小,影响的只是O上看到的时间和距离ct ,对ct' 没有任何影响。

 

t' 是高速运动的系统上的固有时间,这个时间与观测者无关。不同观察者因相对速度不同,看到的时间不同,但不影响固有时间。

 

固有时间是什么呢?

我们知道物体从静止开始加速度运动的公式是  v=at ,把等式变换一下得到:t=v/a,a是什么呢?从公式F=ma可以得到a=F/m,a是单位质量所受的引力,就是引力场强度的值。v是什么呢?单独一个物体不存在速度,只有一个相对光的速度c,所以时间公式就是:t=c/a,即时间与引力场强度成反比。物体在不同引力场内的固有时间不同。

 

现在知道了,相对速度引起的观测时间变化只改变了观测结果,不改变系统的固有时间,改变固有时间的是加速度(或引力)。宇航员的表在高速运动时看上去好像比地面时间慢,但是回来后发现,不论宇航员在空间站滞留了多长时间,真正改变的时间只有一两分钟。就是说,只在发射飞船时和返回时的强大加速度的时候起起了时间的实质性改变。

 

长度和时间是一样的,因为光速不变,所以时间发生改变,距离也就随之发生改变。

但是要分清两个不同的概念:长度与距离不是同一个概念。比如有一个尺子是有固定长度的,我们可以把尺子扔出去,但是我们不能把距离扔出去。所谓的尺子变短正是因为它的观测长度比固有的距离短了。固有距离与时间一样,受引力场强度的影响而改变。