论文导读:由此可见,正是基于相对运动的惯性系描述“绝对”的研究对象,时间和空间的相对性才体现了出来。在经典物理讨论的范围内,“同一事件”是不分参考系的,而这一描述应用到相对论问题时,就必须具体到“研究对象”。
关键词:相对论时空效应,研究对象,事件
在狭义相对论运动学中,有两个重要的效应:时间膨胀效应和动尺收缩效应。这部分的教学,我们强调时间与空间的概念是相对的,因不同的惯性系而变化,不再是绝对的。同学们在解决高速物体的运动问题时,对“相对”性也是牢记在心。但是,处理这类问题,除了找准相对静止和相对运动的参照系之外,还有一个重要的要素,就是紧紧抓住那个“绝对”的研究对象。只有针对同一个研究对象,这两个相对论效应才能体现出来。这一点,我们往往在教学中忽略提及,或者认为没有强调的必要。此外,大部分教材只是表述为“同样的事件[1]”,没有具体到“同一研究对象”。所以,这看似简单的概念对初学的同学来说,容易混为一谈。下面,就以一道例题来分析。
题目:两个惯性系中的观察者O和O/以0.6c(c表示真空中光速)的相对速度互相接近。如果O测得两者的初始距离是20m,则O/测得两者经过多长时间后相遇?
应用相对论的时间膨胀效应,设O/参照系测得的时间为 ,整个“相遇”事件的起点和终点就是在O/参照系的同一地点(O/点)发生的,所以 为固有时[2]。O参照系测得则是运动时 。科技论文。科技论文。

可是,有的同学认为如果从观察者O的角度来看,整个“相遇”事件的起点和终点也是在O参照系的同一地点(O点)发生的啊,那么O参照系测得 不也可以认为是固有时吗?可得:

似乎两种观点都成立,都指的是“同样的事件”——O和O/的相遇。究竟哪一个才正确呢?
我们换一种方法,用洛伦兹坐标变换来验证。
惯性系O看到这一过程发生的初始位置设为x0=20m,初始时刻t0;末位置x1=0m, 末时刻t1,看到O/以0.6c的速度相向而行,
经 两者相遇;
惯性系O/测得两者相遇时间间隔为:

大家对这种解法都没有异议,(3)式与(1)式的结果相同,间接证明了O/参照系测得的才是固有时,可是怎么解释(2)式的错误在哪呢?
问题的关键在于,应用相对论时空效应时,不同惯性系必须是描述同一个研究对象。根据已知条件,20m 是O测得O/的初始位置,O观察O/的运动速度即0.6c,因此, 是O观察“研究对象”O/在相遇事件中的运动时间。反过来,那么在参照系O/来看,“研究对象”依然是O/不能变。也就是说,相遇事件发生的起点在O/,结束还是在O/。毫无疑问,题目要解的就是固有时间。科技论文。(2)式的解法虽然是描述同一相遇事件,但偷换了“研究对象”,把 O/换成了O,也就错误的把 当成了固有时。
由此可见,正是基于相对运动的惯性系描述“绝对”的研究对象,时间和空间的相对性才体现了出来。在经典物理讨论的范围内,“同一事件”是不分参考系的,而这一描述应用到相对论问题时,就必须具体到“研究对象”。
参考文献:
[1]张三慧.《大学物理学 力学》[M].清华大学出版社,1999.301
[2]程守洙,江之永.《普通物理学》(第五版)[M].高等教育出版社,1998.242
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