关于狭义相对论的尺缩效应。

Question

根据相对论的推论，有一个尺缩相应，很多相对论的书上都提到，就是一列列车驶过车站，外面人观察到的车内的沿行驶方向放置的直尺是比实际的要断的，或者说比车内的人看到的要短。我想问，这种“短”只是看上去短吗？它实际上真的短了没有。也就是如果车停下来之后，再用下面的尺子测量，它是比以前短了吗？请诸位高人指点。（如果答案是肯定的，我想我找到了一个反对相对论的一个悖论。如果不是真的短了，那么相对论看上去也不是那么神奇。只是“看上去”短了，并没有违反牛顿体系当中的定律）
如果不是看上去变短了的话。那么下面我提出一个实验。实验是这个样子的，假设一辆汽车快速驶过某一位置，在它驶过的那一霎那，车的前后两个轮胎同时滴下一滴墨水，瞬间点在地上留下了痕迹。假设在汽车内部人们测出来两个轮胎之间的间距是5米。那么在车外面，由于尺缩效应，两个轮胎之间的距离应该变短，小于5米，假设为4.9米。那么汽车驶过去之后，下面的人测量两滴墨水之间的距离，应该是4.9米。问题来了，当车里的人回到下面的时候他再拿出当时测量的尺子来重新测下面的距离（假设车里的人两手掐着尺子的两头就移动过），那距离应该是多少呢？它显示依然是自己原来测量的5米吗？如果是，那么明显他的尺子的5米比下面的尺子的5米要短（上车之前两个尺子是一样的），也就是乘客拿着尺子在车上溜了一圈，它的尺子就缩短了！！这明显不符合事实！如果你非要说那个尺子确实真的变短了，那么如果反过来看呢，车里的人看外面，外面的尺子也会变短的！！！！请高手解释？

Answer 1

确实，尺缩效应是由于惯性系的不同而产生的观测体系的不同导致的。
但你不能简单的理解为只是看上去短，而且相对论与牛顿体系是格格不入的：他们的时空观有着本质的区别，牛顿相信（由于他所处时代的限制他也无法不相信）绝对时空的存在，即在宇宙遥远的深处有一个绝对静止的静止参考系（以太），世界上所有事物的时间都是以这个绝对静止的静止参考系为准。但相对论认为所有的惯性系都是平权的，不同的惯性系有不同的时间惯性系的变换有洛伦兹矩阵确定。
故牛顿理论是无法解释相对论的同时性，二体系有根本上的矛盾，这是要清醒的认识的。
说的稍微深入一些，牛顿体系是满足协变的，但高速就出了问题，而相对论是满足所有的协变关系，故相对论在低速情况下蜕变为牛顿体系。
更深入的介绍相对论只能等你学完度规张量后才能跟你讲，不过你要记住，狭义相对论的精髓不是高中所讲的洛伦兹的那几个变换。

Answer 2

这里牵扯到不同坐标系之间的坐标变换 和 时间与空间统一为四维时空（不可分割）的问题。
相对性原理的一个关键结论是：不存在任何一个特殊的坐标系是绝对静止的，即任何坐标系都是等价的。
也就是说，我们看运动的车里的尺子是变短了，同样，车里的人看路边的尺子也是短了。所以，不存在任何一把尺子，说它是标杆（基准），其他“尺子”的都以这把尺子为准进行度量。

Answer 3

“问题来了，当车里的人回到下面的时候他再拿出当时测量的尺子来重新测下面的距离（假设车里的人两手掐着尺子的两头就移动过）”这句话就是说在地面系中测，是4.9m，和地面上的人拿个尺子测的一样，因为在这个系中就是4.9m，在车上测两轮之间距离才是5.0m，这就是相对论呀。
希望这些对你有帮助。

Answer 4

没看出你说的有什么悖论。
在车上测5米，下车后，他自己认为那个尺子始终是5米，但是由于原来和他相对静止的墨水现在告诉运动，所以间距变短,于是他再测，发现是4.9米。尺子没有变短，只是他下车后发现墨水间距变短了。这就是尺缩呀。

Answer 5

我来回答你的问题。

车上的人在一瞬间同时底下两滴墨水。

但在地面上的人看来却是后面的墨水先滴下来，前面的墨水后滴。留在地上的墨迹长度还是5m。

这里涉及到同时的相对性。是否同时要根据不同的观察者。