狭义相对论的三个推到影响 29

本系列文章预计会有30个章节，这套文献将系统讲述物理学本身，这里是第四季第29篇

接上一篇  狭义相对论的两个重要原理是什么？

狭义相对论的基础是光速不变原理和相对性原理。同时，光速不变原理和相对性原理似乎都是非常合理的原理。

然而，要接受光速不变原理和相对性原理，同时必须接受的是，对运动中的物体来说，空间和时间会发生一些让人惊讶的变化。

具体来说，光速不变原理和相对性原理会共同造成以下结果。

1 时间膨胀

对运动的人和物体来说，时间流逝变得更慢。具体来说，在运动时，时间流逝按以下比率变慢：这个方程式被称为洛伦茨-菲茨杰拉德方程式。

2 长度收缩

对运动的人和物体来说，长度会收缩。具体来说，在运动时，长度按以下比率收缩：

（请注意，这个方程式与（1）中的相同，也就是洛伦茨-菲茨杰拉德方程式。）

3 同时性的相对性

从一个正在运动的视角来看是同时发生的事件，而从一个静止的视角来看就不是同时发生的。举个例子，假设从萨拉的角度来看，她的两个时钟SC1和SC2是同步的，那么从乔伊的角度来看，这两个时钟是不同步的。

具体来说，SC1会比SC2快，快的时间如下：

在这个方程式中，l代表的是两个时钟之间的距离。这个方程式可以简化为lv/c²，其中l代表对移动观察点来说两个时钟之间的距离。在接下来的讨论中，我将使用这个简化的方程式。同样，请注意，相对于运动方向来看，位置在后面的那个时钟，时间将会走得更快。

值得强调的是，（1）（2）和（3）都是光速不变原理和相对性原理经过演绎推理所得的结果。也就是说，只要运用高中代数知识，就有可能在光速不变原理和相对性原理的基础上以数学的方法得出（1）（2）和（3）。

所以，如果光速不变原理和相对性原理是正确的，那么只要基础性数学方法值得信赖，（1）（2）和（3）所表达的效果一定也是正确的。

要理解（1）（2）和（3）如何应用，最简单的做法就是设想一个具体场景。所以，让我们再次以下图的情境为例。首先，让我们从乔伊的角度来看，这个情境究竟是什么样子的。

从乔伊的角度来看，萨拉在运动。重申一下，对运动的人和物体，时间流逝会变慢。具体来说，从乔伊的角度来看，时间对萨拉来说，流逝速度将会以按照（1）中计算出的比率变慢，也就是以按照洛伦茨-菲茨杰拉德方程式计算出的比率变慢。

所以，如果根据乔伊的时钟，时间过去了15分钟，那么在萨拉的时钟上，时间只过去了15分钟乘以

也就是12分钟。重点是要看到，这个结果并不是因为萨拉的时钟有问题，也不是乔伊的某种想象，而是在运动时，时间流逝得更慢。

既然从乔伊的角度来看，萨拉在运动，那么对萨拉来说，时间的流逝和她的时钟走过的时间，都会少于对乔伊来说的时间流逝和时钟所走过的时间。

其它公式代入也是一样！

好，今天就先这样。

Masir 2022/3/19

祝好运~

参考文献 

理查德.德威特 《世界观》