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“秒杀”刘全慧老师之《“秒杀”狭义相对论》:相对论正解

已有 4161 次阅读 2014-5-8 14:27 |个人分类:物理|系统分类:观点评述|关键词:相对论,同时性的相对性,时钟,对钟,光速不变,爱因斯坦,爱丁顿| 相对论, 光速不变, 同时性的相对性, 时钟, 对钟

从黄秀清老师的博文《李铭与爱丝内裤》(http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=480705&do=blog&id=791439)给的链接,看到了刘全慧老师的精选博文《“秒杀”狭义相对论》(http://blog.sciencenet.cn/blog-3377-439579.html)。经过一番学习后,感觉刘老师的解释问题不少,不是相对论的正确解释,可以被“秒杀”。现特作本文给出相对论正解。

 

刘老师的思想实验如下:

 

“如果有一列假象的火车,车厢特长,能从北京排到广州。假设坐标原点在郑州,而北京和广州等到郑州距离相等。开始,火车静止,火车上的客人和月台上的送客,手表时间都指向北京时间零点整。

同时相对性的一个表现是:如果火车立即具有速度u(北京指向广州)而且火车上的时间同为北京时间零点整。这时,广州站月台上的送客们的表,比广州车厢中的客人的表突然快了!例如跳到了0.15而北京站月台上的送客们的表,比广州车厢中的客人突然慢了,跳到了-0.15.参见图一

如果此时,火车的速度方向立即反向变为-u. 情况会立即戏剧化。火车上的时间还是同为北京时间零点整。不过,广州站月台上的送客们的表,比广州车厢中的客人的表突然慢了,跳到了-0.15而北京站月台上的送客们的表,比广州车厢中的客人突然快了,跳到了0.15参见图二。

 

同时相对性之图一:洛伦兹变换

 

同时相对性之图二:时间跳变”

 

为了说明刘老师“秒杀”的问题,我把上述思想实验稍作修改,每节车厢都有自己的动力,可以使整列火车在瞬间加速至u。让北京、广州与郑州的距离比实际足够长,火车速度u足够大,以至于火车启动瞬间,刘老师说的火车上的钟表在北京不是后跳0.15,而是30年。刘老师说的火车上的钟表在广州不是前跳0.15,而是30年。现在的问题是,如果钟表回跳、前跳,人的生物钟是否回跳、前跳?显然,按刘老师的思路,合理的答案应该是人的生物钟也应该随时钟回跳、前跳。

这样,一个神奇的结果出现了,本来火车启动前北京车厢中1-30岁的大活人,启动瞬间全回娘肚子里去了。火车启动前广州车厢中40-50岁的中年人,启动刹那间变成70-80岁的老翁、老奶奶。我们可以想象启动瞬间这些变化发生时,车上和站台上的亲人还手拉着手。郑州车厢的乘客则没有变化。

当然,更神奇的是这些变化依赖于把郑州(的车厢的某点)作为坐标原点。如果我们随意指定北京为坐标原点,那么,北京车厢的乘客没有变化,郑州车厢的乘客则突然衰老30岁,广州车厢的乘客则突然衰老60岁。如果我们随意指定广州为坐标原点,那么,广州车厢的乘客没有变化,郑州车厢的乘客则突然年轻30岁或回娘肚子里去了,北京车厢的乘客则突然年轻60岁或回娘肚子里去了。

这些可能是相对论的正确解释吗?显然不可能。那么,相对论的正确解释是什么?

相对论的正确解释是:火车启动瞬间,时钟既不前跳,也不后跳;人们既不回娘肚子里去了,也不突然衰老30岁或60岁。“山还是那个山,水还是那个水”,只是当火车上用光信号再次对钟时,人们发现火车启动前对准的时钟,现在不再对准了。再次对钟时,当火车授时中心(对钟基点)在郑州车厢时,北京车厢的时钟需要向后拨,广州车厢的时钟需要向前拨。当火车授时中心在北京车厢时,郑州车厢的时钟需要向前拨,广州车厢的时钟需要向前拨更多。当火车授时中心在广州车厢时,郑州车厢的时钟需要向后拨,北京车厢的时钟需要向后拨更多。重新对钟后,才会出现与同一地点站台上时钟的读数差别。

造诣很高的理论物理学教授刘全慧老师在讲解狭义相对论时也会出现这样的问题,又一次验证了正确理解狭义相对论之难。爱丁顿发现日全食时星光偏移符合广义相对论预言,不但让爱因斯坦成为世界名人,而且他自己也成了世界名人。有一次,一位著名物理学家对爱丁顿说:“据说世界上只有三个人懂相对论。”爱丁顿沉默了一会,回答说:“我在想,谁是这第三个人呢?”诚然。

 



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