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谈谈狭义相对论下的加速尺缩和转动问题

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1L度娘


IP属地:山东1楼2012-07-27 22:24回复
    为一根直棍营造特定环境,使棍子上各处同步受力加速,方向是沿着棍子摆放的方向,也就是说,让棍子的各个部分同步感受到一股相同的加速度。——那么,根据相对论,速度越快棍子就缩得越短,但是棍子是同步受力的,如何缩短?还是会被扯细甚至断裂?
    我先给出答案:后端的加速累积,实际上比前端的加速累积要稍大,越靠后的位置积累的越多,所以致使后面的部分会稍稍撵上前面的部分一些,尺子奇迹般的缩短了。
    什么?你不是说同步加速吗?是前端偷懒了,还是后端偷赶了?当我给出这么个看起来荒诞无稽,与一派胡言无二的解释之后,大家至少会比刚才有点精神了,是吧?
    然后,很遗憾告诉你,棍子的确什么小动作都没做。如果你不能理解,原因很简单,你又忘了考察同时性了,这是相对论中老生常谈的一道门槛,静静的躺在那里,笑看着一个又一个的人绊倒又爬起。这就是原题里有一点写得虽然看似啰嗦但却很重要的一句:让棍子的各个部分同步感受到一股相同的加速度——这是什么意思?这个的意思就是,只有追着棍子,骑在棍子上也好,或者你自己甘愿充当棍子的一小节也好,反正你得始终保持与棍子相对静止,才能看到棍子各处均匀受力的景象。
    这就是相对论与牛顿力学的不同之处:在相对论里,三维加速度不是绝对的。


    IP属地:山东2楼2012-07-27 22:25
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      然后呢?前后加速情况的差异是哪来的?
      呵呵,很简单嘛,差异肯定要由差异造成,这难道不是天经地义的吗?
      那么前和后的差异在哪?——别问了,都说出一对反义词了:前与后。你还记得洛伦兹变换关于时间变换的第四式里,拖着一个尾巴吧?——-ux/c^2。
      这个式子当中有一个x,这就意味着空间位置会影响到时刻的变换结果。相对论说,时空不可分割,你明白了吧?
      尺缩本身就是个由于空间延展引起的同时性效应,一个点是不会缩的,具有长度的东西才会收缩。当你骑着棍子飞驰,你觉得对你而言棍子各处在同一时刻的状态,放到被你已经甩得老远的观察者眼里,还是同一时刻吗?显然不是,-ux/c^2这一项告诉你,位置的靠前是要引起时刻的滞后的,这就造成了后端与前端的距离缩短,于是,尺缩了。
      所以,当棍子各处同步加速的时候,滞后就会随着速度的增大而积累,在不随动的观察者看来,后端就会随着速度的加快逐渐撵上前端,而且越接近光速追得越紧。
      反过来讲,如果你想让棍子的各部分在不随动观察者看来是同步加速的,那么变换到随动系里就会发现,前端需要的加速度实际上要比后端大一些,这种情况下,不随动的观察者会看到棍子长度没变,但实际上,棍子正在被拉伸。
      减速也是这样,火车过隧道的佯谬当中,如果把隧道前门关上,火车车长一看情况不妙,立即命令让整列火车全部同步急刹车防止事故,那么在地面上的观察者会看到什么?你会看到的是,车尾先减速,车头后减速,车也就从高速尺缩的状态恢复回来了。你隧道要是静长不如火车,那就别想同时关上前后两扇门了。


      IP属地:山东3楼2012-07-27 22:26
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        以上是直线情况。古语云,木直中绳,輮以为轮,其曲中规,虽有槁曝,不复挺者,輮使之然也。现在把这根棍子弯成轮子,让它逐渐转起来,那么,转动系随着位置的变化也会造成时间提前或滞后的效应,你也该明白了吧?
        然后我撤去这个轮子告诉你:这实际上不是某个具体对象的运动造成的,是一种与坐标系选取挂钩的同时性效应。
        再然后,当我们让这个转动的速率保持恒定,加速度消失了吗?没有,因为转动本来就是有加速度的,加速累积造成时间差的效应依旧,由于这是时空本身的效应,因而这直接导致了一个表现就是光速的各向异性。由于广义相对论将相对性原理推广到了一般坐标系,因此光速取决于你所选用的钟和尺,所谓协变就是协它们的变,不变要通过协变来做到。


        IP属地:山东4楼2012-07-27 22:29
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          目测科普贴~


          5楼2012-07-27 23:19
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            比用等效原理解释的好多了,这种问题就用等效原理纯属多余


            6楼2012-07-28 11:29
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              这个“同步加速”的定义值得推敲。微娘这里只是一种情况


              来自手机贴吧7楼2012-07-28 11:34
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                Rindler坐标的那种情况是微娘这个分析的一个例子。如果把“同步加速”的那个同步指定是在某个惯性系里的同步,情况又是另一种了


                来自手机贴吧8楼2012-07-28 11:40
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                  看了半天。。。。。。。。。。。楼主你头像是谁啊


                  10楼2012-07-28 11:46
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                    角度切入的挺好,确实同时性在相对论中是个“百年”硬伤


                    IP属地:湖北11楼2012-07-28 12:34
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                      如果把直棍改为一等边直角三角尺,运动方向沿其中的一条直角边,那么这个三角尺会发生形变吗?


                      12楼2012-08-02 16:48
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                        相对论的尺缩效应和时间延缓效应推导过程谢谢


                        来自手机贴吧14楼2012-12-25 22:25
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                          你让棍子不”同步加速”试试看


                          IP属地:江苏来自iPhone客户端15楼2012-12-26 00:32
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                            好科普,顶一下。微娘码字辛苦


                            IP属地:上海16楼2012-12-26 09:17
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                              马克


                              IP属地:上海来自手机贴吧17楼2012-12-26 09:47
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