在日常生活和生產(chǎn)中,為了研究物體的運(yùn)動(dòng),必須選定適當(dāng)?shù)膮⒖枷?,?duì)于不同的參考系,長(zhǎng)度和時(shí)間的測(cè)量結(jié)果是否是一樣的?對(duì)上述問題的討論,物理學(xué)家進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索。于是,物理學(xué)經(jīng)歷了一場(chǎng)關(guān)于時(shí)空觀的根本性變革,從牛頓時(shí)代的經(jīng)典力學(xué)跨越到愛因斯坦的相對(duì)論。愛因斯坦的狹義相對(duì)論告訴我們:運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢、運(yùn)動(dòng)的尺子在運(yùn)動(dòng)的方向上縮短。這到底是為什么?這些結(jié)論是如何從狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)得出的呢?
車廂上的人和地面上的人看到車廂中間燈光到達(dá)前后車廂的先后是不一樣的。車上的觀察者認(rèn)為光同時(shí)到達(dá)車廂的前后兩壁站臺(tái)上的觀察者認(rèn)為光先到車廂后壁后到前壁
經(jīng)典時(shí)空觀認(rèn)為,時(shí)間是絕對(duì)時(shí)間,就像一條長(zhǎng)河,源源不斷地從過去到現(xiàn)在直至將來(lái),與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。而相對(duì)論時(shí)空觀則認(rèn)為,當(dāng)時(shí)鐘相對(duì)于觀測(cè)者靜止時(shí),時(shí)鐘走得快些; 當(dāng)時(shí)鐘相對(duì)于觀測(cè)者高速運(yùn)動(dòng)時(shí),觀測(cè)者則認(rèn)為時(shí)鐘變慢了。
在運(yùn)動(dòng)的火車上的鐘表顯示,做一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)需要15分鐘記為 ;地面上觀察者手里所拿的鐘表顯示時(shí)間要大于15分鐘,記為 。
車上的人看到的桿的長(zhǎng)度:l0
車外的人看到的桿的長(zhǎng)度:l
特別注意:長(zhǎng)度縮短效應(yīng)只發(fā)生在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上,如上例中的 x 軸方向上,在y 軸方向上無(wú)長(zhǎng)度縮短效應(yīng)。
思考:為什么我們平時(shí)觀察不到這種長(zhǎng)度收縮效應(yīng)?
因?yàn)槲覀兩钤诒裙馑俚秃芏嗟牡退偈澜缋铮L(zhǎng)度收縮效應(yīng)可忽略不計(jì)。
隨著物體質(zhì)量的減少,它會(huì)釋放出一定的能量。
在經(jīng)典力學(xué)中,質(zhì)量和能量和物體的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān),是兩個(gè)獨(dú)立概念。按照相對(duì)論及基本力學(xué)定律可以推出,質(zhì)量和能量具有這樣關(guān)系:
m0——物體的靜止質(zhì)量。
m(v)——相對(duì)于觀察者以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量,即相對(duì)論質(zhì)量。
在經(jīng)典力學(xué)中質(zhì)量是不變的,和物體的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān),從相對(duì)論角度看質(zhì)量是變化的。
上式給出了一個(gè)物體的相對(duì)論質(zhì)量和它的速率的關(guān)系。
在微觀粒子的實(shí)驗(yàn)中,粒子的速率會(huì)達(dá)到接近光速的程度,這時(shí)質(zhì)量隨速率的改變就很明顯了。例如v=0.98c時(shí),此時(shí)電子的質(zhì)量是m=5.03m0 ,這時(shí)質(zhì)量的變化就不能忽略。
當(dāng)v

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