地球上的观察者发现一艘以速率0.6c向东航行的宇宙飞船将在5s后同一个以0.8c速率向西飞行的彗星相撞.(1)飞船上的人看到彗星以多大速率向他们接近?(2)按照他们的钟,还多少时间允许他们离开原来航线而脱险? (第二问写一下详细过程,谢谢!)
第一问:设地面为S坐标系,飞船相对于S坐标系的速度为=0.6c,S’坐标系绑定在彗星上,则S’相对S的速度为=-0.8c,第一问即问彗星和飞船的相对速度,只要求出飞船在S’坐标系中的速度即可,根据下面的洛伦兹变换式
第二问:
地球人发现5s后飞船和彗星相撞,这个意思就相当于在飞船上先后发生了两件事,一件事是发现彗星(也可认为是初始时刻),第二件事是飞船爆炸,飞船上发生的这两件事的时间间隔在地球人看来是t=5s,那么在飞船上的人看来是多久?(已知飞船相对于地球的速度为0.6c),这转换为最简单的关于时间膨胀的问题,相对于事件发生地点做相对运动的惯性系S中测得的时间t比相对于事件发生地点为静止的惯性系中测得的时间t’要长。现在知道t=5s,求t’=?
说高速运动的系统上时间会变慢只是形象的表达相对的时间关系,并不是完全从理论上的表达。
我们知道用放大镜看物体时看到的是放大了的影像,但是我们经常说物体被放大了。其实物体还是那么大,只是看上去大了。相对看到的现象而言,反而应该说物体变小了。
我们在用放大镜观察物体时可以一会用放大镜一会不用,可以互相对比。但是我们观测遥远的天体时我们无法一会用光一会不用光。我们只有一种文式来观察。因此“真实”情况就只能靠计算来得知了。
从洛伦兹变换的推导以及我们日常的经验和常识可知,事实上无论速度多快,那是对方的事,我们的时间和长度都不会受影响。比如不会因为我们旁边有飞机飞过而改变我们的时间和长度。
我们看一个非常简单的例子:
一个人坐在路边椅子上看书:
相对椅子他的速度是0,
相对路上的行人他的速度可能是1.3米/秒
相对路上的汽车他的速度可能是13米/秒
相对天上的飞机他的速度可能是130米/秒
相对飞行的炮弹他的速度可能是1300米/秒
相对太空的飞船他的速度可能是13000米/秒
相对掠过的流星他的速度可能是130000米/秒
……
事实上他有无穷多种速度,要是他的时间会随速度改变,那他应该如何变?听谁的?
相对观测者来说,因为速度的原因造成了观测结果的偏差,也就是说高速运动的系统观测我们的时间会变快。同样的,我们观测到的高速运动的系统上的时间也会变快。相观于我们的观测结果而言,是对方的时间要比观测结果慢。
在讨论相对论问题时一定要有清淅的概念,正确的理解各种结论的真实意义。
当然有的时候一些表达是带有习惯性的表达,不过不要因为表达的方式而改变了概念。
比如我们常说物体被放大了,不要以为真的是物体变大了。这只是我们看到的现象。
同样的,说时间变慢了也不是说真的时间变慢了,而是时间变得比观测结果慢,事实上是观测结果变快。
上面是洛伦兹变换的推导模型:
一光子钟上的光子在AB间往复运动(相当于钟摆),A相对O以速度v运动,在A与O重合时刚好光子由A射向B,在A看来,光子的路程是ct'
,在O看来光子的路程是
ct
,并且在t
时间内A移动了vt
的距离。
根据勾股定理得知三个长度的关系是(ct')²+(vt)²=(ct)²
解出t'来就得到:t'=t√(1-v²/c²)
解出t
来就得到:t=t'/√(1-v²/c²)
单从公式上看,好像是只要速度>0,t'<t。但是造成别忘了速度是相对的,我看你的速度是v,你看我的速度一定也是v。那该谁的时间变呢?
显然,从模型图上看就发现,无论速度v是多少,对ct'
都不会有任何影响。
对于A来说,自己是静止的,是O在以速度v向右移动,O的运动快慢与A有什么关系呢?
就像前面看书的人,有没有飞机飞过关他什么事?
另外感觉应该纠正一下,高速运动的系统上时间会变慢并不是爱因斯坦首先说出来的,而是他的理论发表后人们提出的指责中的一条,“天啊,简直不敢相信,高速运动的物体上的时间竟然变慢了!”,后来爱因斯坦说:要是以观测的结果为标准,可以这么说。再后来爱因斯坦又说,我们发音只能以我们的观测结果为唯一的依据,因此我们必须承认观测结果是真实的。这样就变成了爱因斯坦也认可了上面的说法。
此外双生子悖论的成因就是因为这种说法混淆了真实时间与观测结果的真实关系所引起的。
A,B两事件怎么发生在同处呢?没懂
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狭义相对论的问题,见下
p=mv {p:动量(kg\/s),m:质量(kg),v:速度(m\/s),方向与速度方向相同} 2.冲量:I=Ft {I:冲量(N?s),F:恒力(N),t:力的作用时间(s),方向由F决定} 3.动量定理:I=Δp或Ft=mvt–mvo {Δp:动量变化Δp=mvt–mvo,是矢量式} 由上述三个公式:P=Ft指动量的变化量。
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先到前壁。在地面,光和火车运动有相对速度。如果地面上测得同时到达,说明光源在闪光时,比较靠近前壁。在车上,光速各向同,因此先到达前壁。
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第一个问题,其实呢,你没有感觉到你的时间有什么不对,因为你的思考速度,感觉速度,都是和时间绑定的。这个和中国神话传说中的“天上一天,地下一年”情况可以说完全一样。近光速火箭就是天上,而地球上的人就是地上。因此有人说中国古代就有人搞懂了相对论orz。。。超光速的话,就是时光逆转了。