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No.54721313 - 无标题 - 科学


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No.54721313
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无标题 无名氏 2023-01-09(一)22:31:37 ID:9kGq77Q [举报] [订阅] [只看PO] No.54721313 [回应] 管理
讨论一下狭义相对论的一些理解和看法
因为大一肥人,这学期学了漆安慎老师那版的《力学》,最后一章浅显的提到了一下相对论,老师也跟我们讨论了一下。
肥脑子蠢只记得两个重要点
一个是所有参考系都是平权的,没有所谓特殊的参考系。
另一个就是经常提到的光速不变。
在老师举了一个例子说是在运动的车厢中部放一个手电筒向上发射光线,然后分别以车厢和地面作为参考系进行观察,得出时间不同的结论。
肥本人觉得其中最有意思的就是,一直强调的光速不变仅仅是速率不变,以地面为参考系观察时,光线与水平方向车厢的速度合成后,明明遵循矢量运算法则,竟然把人家合成的速率撇开不要,只要人家合成的方向。
光速好渣(´゚Д゚`)
话说那光速到底算不算矢量嘞( ´_ゝ`)
无标题 无名氏 2023-01-09(一)22:40:55 ID:9kGq77Q (PO主) [举报] No.54721619 管理
还有就是尺短现象,老师也是举例。
一个开口的箱子,一根和箱子刚好一样长的棍子,当棍子以光速接近箱子,以箱子为参考系和以棍子为参考系,这两种情况是不一样,一种是棍子变短完全进入箱子,一种是棍子变长会多出一截。
那这不就出现了两种事实,时间尺度变了我还能理解,但为啥一个事件还能出现俩不同的事实啊?
无标题 无名氏 2023-01-10(二)04:46:21 ID:MjeW2aI [举报] No.54727908 管理
>>No.54721313
问:为什么非相对论力学下的“3-速度”v 在相对论下不遵循矢量相加的平行四边形法则?
答:因为在相对论下,v 不是矢量( ゚∀。)

问:光速是矢量吗?
答:更不是了,它只是一个比值。这个值本身没什么意义,完全取决于我们取什么单位。
为了讨论方便,绝大多数涉及相对论的文章通常取自然单位制 c = 1。
也就是说,如果时间单位取为1秒,那么距离单位就是1光秒。这样一来,时间和空间具有相同的单位。

问:那么 v 是什么呢?
答:它“差不多”是“4-速度”的空间分量。而4-速度是矢量,可以按平行四边形法则加减。

那么4-速度又是什么呢?和3-速度又是什么关系?
答:这里的讨论取 c = 1。作为练习,PO也可以自行将光速c = 3*10^8 m/s 代回公式。

3-速度定义:v = (v_x, v_y, v_z),4-速度定义:u = γ*(1, v_x, v_y, v_z)
其中γ为洛伦兹因子:γ = 1/√(1 - v^2)
可以看到
3-速度:(v_x, v_y, v_z)

4-速度的空间分量:(u_x, u_y, u_z) = γ*(v_x, v_y, v_z)
他们之间相差洛伦兹因子γ

当 v << 1,γ ≈ 1,(别忘了我们这里取 c = 1)。因子γ可以忽略,所以在非相对论下,3-速度的合成仍然(近似)满足平行四边形法则
当 v ≈ 1,γ >> 1,相对论效应(也就是因子γ)不可以忽略,合成的时候应该“先乘γ再相加”
更进一步,如果你还想算合成之后的 3-速度,那么还需要反过来计算合成之后的因子γ = √(1 + u^2),然后再算 v = u/γ

作为练习,PO可以按照上面所说的方法算一下,然后检查一下结果是否等于 (v_1 ± v_2) / (1 + v_1 * v_2)

>>No.54721619
为啥一个事件还能出现俩不同的事实啊?
答:并非如此。在相对论中,“同一时间”“同一地点”发生的事件才是“同一事件”
显然,“棍子左端 碰到 箱子左端”和“棍子右端 碰到 箱子右端”完全是两个事件,因为他们发生在两个不同的地点
更进一步,“棍子端碰到箱子端”与“你看到 棍子端碰到箱子端”也是两个事件,因为光的传播需要时间

“棍子比箱子长 vs 棍子比箱子短”与“你先看到‘碰到左端’vs 你先看到‘碰到右端’”讨论的也不是同一个问题
第一个只涉及参考系的变换,第二个跟光的传播有关

这玩意讲起来有点麻烦,PO可以自己去搜一下“车库佯谬”。
不过我提个醒:一旦你看到“车头碰到车库后端之后被截停”、“车不是刚体,撞到车库后端会变形”之类的说法,那么那篇文章的作者很可能陷入了误区,建议不要深入阅读。因为我们完全可以把“车库”换成“停车位”,“停车位”是在地上画的线,车不会被截停,也不会发生碰撞,而问题仍然存在。
收起 查看大图 向左旋转 向右旋转
无标题 无名氏 2023-01-10(二)05:24:24 ID:MjeW2aI [举报] No.54727976 管理
>>No.54727908
算是对车库佯谬的补充吧,
可以看到,不管你站在前门(静),还是坐在车尾(动),“车头到达后门”都在“车尾到达前门”之后才能被你观察到
无标题 无名氏 2023-01-10(二)13:10:08 ID:9kGq77Q (PO主) [举报] No.54733412 管理
>>No.54727976
谢谢大佬的解答( ゚ 3゚)

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