2　时间和空间的相对性

早在1895年 16岁 上中学 时 爱因斯坦提出了一个有趣的追光假想实验 如果他骑在火箭上以光速c前进 追随一条光线运动 看到的光将是怎样的景象 时间 空间是什么 别人在很小的时候就搞清楚了 我智力发展迟缓 长大了还没有搞清楚 于是一直揣摩这个问题 结果也就比别人钻研得更深一些 爱因斯坦 15 2时间和空间的相对性 六安市毛坦厂中学陈敏 在经典物理家的头脑中 如果两个事件在一个参考系中看来是同时的 在另一个参考系中看来也一定是同时的 但是如果接受爱因斯坦的两个假设 我们会得出 同时是相对的 这样一个结论 一 同时 的相对性 车厢上的人和地面上的人看到车厢中间灯光到达前后车厢的先后是不一样的 车上的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁站台上的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁 相对与观察者 沿着运动方向靠后的一些事件先发生 二 长度的相对性 车上的人看到的杆的长度 L0 车外的人看到的杆的长度 L L L0 结论 一条沿自身长度方向运动的杆 其长度总比杆静止时的长度小 严格的数学推导表明 在垂直运动方向上 杆的长度没有变化 动尺变短 空间收缩效应 与杆相对运动的人观察到的杆长L总小于与杆相对静止的人观察到的杆长L0 三 时间间隔的相对性 在站台上看运动火车上的钟 在火车上看运动站台上的钟 高速运行的列车上 由车厢底部发出的闪光 对于车上的人来说 闪光是在竖直方向反射的 而车厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的 由光速不变原理便得到不同的时间间隔 h 地面观察者测得的时间间隔 车上的人认为的时间间隔 相对速度与动钟延缓效应 V 米 秒 0 1c 3 1070 5c0 8c0 9c0 99c0 999c0 9998c T 秒 1 011 151 672 297 122 450 宇宙飞船中一切物理 化学过程和生命过程都变慢了 两个参考系相对速度V可与光速相比 时间和空间的相对性才比较明显 目前技术 宏观物体不能达到这样的速度 但许多情况下微观料子速度可达光速的90 以上时空相对性不可被忽略 已经成为微观料子研究的基础之一 早在1941年 科学家通过对宇宙线的观测证实了相对论的结论 美国科学家罗西和霍尔在不同高度统计了宇宙线中 子的数量 结果与相对论预言完全一致 四 时空相对性的实验验证 地面附近实际观测到的 子数量大于经典理论做出的预言 宇宙线中 子平均寿命大于3 0 s 飞行较长距离 根据相对论 时间在运动中会进行的比较缓慢 也就是说 在空间中高速移动的时钟 比固定于地面上的时钟走得慢 1971年 科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞行 然后与地面的基准钟对照 实验结果与理论预言符合的很好 这是相对论的第一次宏观验证 牛顿物理学的绝对时空观 物理学的空间与时间是绝对分离没有联系的 脱离物质而单独存在 与物质的运动无关 而相对论认为 有物质才有时间和空间 空间和时间与物体的运动状态有关 人类对于空间 时间更进一步的认识而形成的新的时空观 新科学没有全盘否定经典物理学 经典物理学的结论受到了无数次的实践检验 虽相对论更具有普遍性 但经典物理学作为相对论的低速运动时的特例 在自己的适用范围内还将继续发挥作用 五 相对论的时空观 牛顿物理学的绝对时空观 物理学的空间与时间是绝对分离没有联系的 脱离物质而单独存在 与物质的运动无关 而相对论认为 有物质才有时间和空间 空间和时间与物体的运动状态有关 人类对于空间 时间更进一步的认识而形成的新的时空观 新科学没有全盘否定经典物理学 经典物