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物理国内柏森森,动尺动钟何处寻?

已有 2187 次阅读 2018-11-18 12:00 |个人分类:物理|系统分类:科研笔记| 狭义相对论, 动钟, 静止系, 运动系, 洛伦兹以太理论

物理教科书中谈到狭义相对论中时间和距离的测量时,总要提到静止系和运动系的不同结果。根据爱因斯坦狭义相对论,静止系用静钟和静尺测到的时间与距离数值不同于运动系用动钟和动尺测到的时间与距离数值。爱因斯坦狭义相对论又认为,所有惯性系平等,静止系和运动系是相对的,任何惯性系都可以做静止系,而被静止系观测的对方则成为运动系。在洛伦兹以太理论中,以太系是静止系,相对于以太运动的是运动系,因此,静止系和运动系之间没有爱因斯坦狭义相对论中的静止系和运动系之间的相对性、相互性。在洛伦兹以太理论中,以太系使用的时钟和量尺是静钟和静尺,它们相对于以太系是静止的;运动系使用的时钟和量尺是动钟和动尺,虽然它们相对于运动系是静止的。


在爱因斯坦狭义相对论中,既然静止系和运动系是相对的,动钟和动尺是哪个钟和哪个尺呢?静止系使用的时钟和量尺当然不是动钟和动尺,可是,说动钟和动尺是运动系使用的时钟和量尺好像也不对。因为运动系使用的时钟和量尺在运动系中是静止的,所以当运动系观察者使用在运动系静止的时钟和量尺做测量时,这时的运动系及观察者不就是静止系吗?而被观测的对方(此前所谓的“静止系”)不就是运动系吗?(我在拙著《相对论逻辑自洽性探疑》一书中提出,爱因斯坦使用“静止系”和“运动系”这两个术语容易让人们混淆狭义相对论和洛伦兹以太理论,应该用“观察系”和“被观察系”来分别取代“静止系”和“运动系”这两个术语)

 

为了理清动钟和动尺在哪里的问题,我在《你会解这道简单的物理题吗?》中提出了下列问题:

在第一个参照系中有固定两点A和B,第一个观察者(No.1)在A点静止,观测到第二个观察者(No.2)在B点开始以0.994c的速度向A点运动。在第二个参照系中也有这固定两点A和B,第二个观察者(No.2)在B点静止,观测到第一个观察者(No.1)在A点开始以0.994c的速度向B点运动。两观察者使用完全相同的标准量尺和标准时钟。在No.1静止的参照系中,No.1携带的标准时钟测得的No.2到达A点(No.1处)所用时间为6.4微秒。请问在No.2静止的参照系中No.2携带的标准时钟测得的No.1到达B点(No.2处)所用的时间是多少?


在几个微信讨论群中经过《关于那道简单物理题的讨论》,得到了下面的两类答案:

第一类是使用洛伦兹时间膨胀公式,得到约0.7微秒(因小数点后取位不同,有的答案为0.64微秒)。

对于这个答案,我有下列第二部分问题;在第一个参照系中有固定两点A和B,第一个观察者(No.1)在A点静止,观测到第二个观察者(No.2)在B点开始以0.994c的速度向A点运动。在第二个参照系中也有这固定两点A和B,第二个观察者(No.2)在B点静止,观测到第一个观察者(No.1)在A点开始以0.994c的速度向B点运动。两观察者使用完全相同的标准量尺和标准时钟。在No.2静止的参照系中,No.2携带的标准时钟测得的No.1到达B点(No.2处)所用时间为0.640.7微秒。请问在No.1静止的参照系中No.1携带的标准时钟测得的No.2到达A点(No.1处)所用的时间是多少?

第二部分问题和第一部分问题是同一个问题,只是从第二个参照系的观察数据开始问问题。对第一部分问题给出0.64微秒答案的学者回答为0.064微秒。

对于第二部分问题的这个答案,我的问题是,在No.1静止的参照系中No.1携带的标准时钟测得的No.2到达A点(No.1处)所用的时间是0.064微秒,这个结果不与第一部分问题中已知的在No.1静止的参照系中No.1携带的标准时钟测得的No.2到达A点(No.1处)所用时间为6.4微秒相矛盾吗?对最后这个问题没有得到令人满意的解释。

第二类答案是认为这道题给的条件不够,没有静止系和动系的相关时空点的时空坐标,仅有题中信息,不能得到在No.2静止的参照系中No.2携带的标准时钟测得的No.1到达B点(No.2处)所用的时间。对于这类答案,自然无法继续第二部分的问题。


两类答案显然都不符合狭义相对论的相对性原理和所有惯性系平等的原则,我在《两个运动观察者之间的距离》中证明,两个相向匀速直线运动的观察者A和B之间的距离在观察者A静止的参照系中测量到的数值与在观察者A静止的参照系中测量到的数值相等。并利用这一结果在《两运动观察者之间的时间测量:我对那道简单物理题的解答》中证明,相对运动的两个观察者A和B之间,观察者A静止的参照系中测量到的B到达A所用的时间必然等于观察者B静止的参照系中测量到的A到达B所用的时间。这一结果实际上可以从相对性原理直接得到,时空背景完全相同的两个惯性系观察者,怎么可能会一个测量到的时间必然短于另一个测量到的时间?!

那个简单的物理题被解决了。在第一部分问题中,在No.2静止的参照系中No.2携带的标准时钟测得的No.1到达B点(No.2处)所用的时间也是6.4微秒。在第二部分问题中,No.1静止的参照系中No.1携带的标准时钟测得的No.2到达A点(No.1处)所用的时间同样是6.4微秒,这个结果与第一部分问题中已知的在No.1静止的参照系中No.1携带的标准时钟测得的No.2到达A点(No.1处)所用时间为6.4微秒完全一致。

可是,动钟,你在哪里?动尺,你在哪里?我们想找到你们。

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1 杨正瓴

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