牛顿时空观和爱因斯坦时空观的比较

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1、牛顿时空观和爱因斯坦时空观的比较07电联谢杨鑫序号：3从初中到现在已经学了六年的物理了，最令我感兴趣的就是号称世界上最难懂的相对论了，因为它跟我对现实生活中现象的认识完全不同，学起来特别有劲。在牛顿时空观里，有两个绝对的概念—时间的间隔和尺的长度。一个人看到自己的手表走过一分钟，往往以为世界上所有的钟和表也都同样地走过一分钟，而不管是在哪一种运动状态的钟。这就是时间间隔的绝对性。类似地，一把直尺的长度，如果从某一个参考系测量它是一尺。那么，从任何参考系来测量它，它仍旧是一尺。这就是尺寸的绝对性。时间间隔和尺长这两种绝对性，在牛顿时空观里是两个重要的角色，但在相对论中却都变成相对

2、的了。运动钟的变慢　　前面已经说过，凡是能测量时间的工具，都是一种“钟”。利用光速不变性，我们也可以设计一种雷达钟，它包括一部雷达和一块反射扳，板与雷达天线之间的距离是d。雷达发出的信号，受到板的反射后，可以再被雷达接收到。一个来回的距离是2d,如果信号速度是C，那么一个来回所用掉的时间就是T=2d/c。怎样用雷达钟来测量时间呢？如果一个过程从开始到结束，雷达信号来回走了五次，这个过程所需的时间就是5T。如果信号走了三个来回，所需时间就是3T。这就是说，以信号来回一次作为度量时间间隔的单位。有甲、乙两个人，他们各自有一个雷达钟。在甲乙两人相对静止时，校准两个钟，使它们走得同样快

3、慢。然后，让甲乙两人作相对运动。甲和甲钟向左，乙和乙钟向右。甲、乙各自会看到什么现象呢？　　　　先来谈谈甲。站在甲的立场上，甲是静止的，甲钟相对于他也是静止的。他看到自己的钟仍与以前一样。没有变化。这时，甲看到乙和乙钟正向右运动。在乙钟的发射-反射-接受的过程中，天线和反射板都不断地在运动，信号走的是斜线。因此，在甲看来，乙钟信号一个来回走的距离大于Zd。可是，由于光速不变，无论甲钟或乙钟二者信号速度都是C。所以，甲看到的现象是：当甲钟走过一个单位时间时，乙钟还没有来得及走完一个来回。甲的结论是：乙钟比我的钟慢了。　　相反，如果站在乙的立场，一切又都反过来了。乙认为自己是静止的

4、，而甲钟向左边。乙钟信号一个来回走的距离是2d，而甲钟信号走的是斜线，一个来回走的距离大于2d。因此，乙的结论是：甲钟比我的钟慢了。　　甲和乙到底谁对呢？都对。他们的结论表面上相反其实并不矛盾。是一致的。这个结论就是：运动的钟要变慢。在甲看来乙在运动，在乙看来甲在运动。所以。他们都是看到对方的钟变慢了。　　　总之，在甲看来，当乙运动时，不仅乙的雷达钟，而且有关乙的一切能描述时间流逝的过程，比如生物的新陈代谢，放射性元素的衰变以及动物的寿命等等．都完全一致地变慢了。时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的进程。　　μ子的寿命寿命也是一种”钟”。我们平常说一代人的时间，就是在用寿命来

5、度量时间。所以，寿命也不是绝对的。同一东西的寿命，在不同参考系看来，应是不同的。事情的确如此。　　有一种粒子，叫做严子。它是不稳定的，而且寿命很短，从产生到衰变，只有大约百万分之二秒（2x10^-6秒）。这样，即使井子以光速运动，也只能走过2x10^-6xc≈600米的里离。可是。宇宙线的观测证明。在高空中产生的严子也能达到地面。它们走的距离远远大于600米，这是为什么？利用运动钟变慢的道理，不难解开这个谜。　　因为，在高速运动中，寿命一钟”象其它的钟一样，也要延缓。因此，高速运动的μ子寿命远比2x1O^－6秒要长，它的飞行距离可以远远超过600米。双生子佯谬人，同μ子一样，寿

6、命也是有限的。最多算是100年吧！如果不考虑运动钟的变慢，就是乘光速火箭，人生旅程的界限也不超过100光年，永远到不了遥远的恒星或其它星系。但实际上，地面上的人将看到光速火箭中乘客的寿命大大延长了，从而他们的旅程可以大大超过100光年。相反，火箭上的乘客也看到地球以高速远离火箭而去。因之，在他看来，地球上的人寿命也长了。当地球与火箭的距离超过100光年时，地球上的弟兄们还活着。　　这里碰到一个难题。　　我们设想甲、乙是一对孪生弟旯。他们计划做一次高速飞船旅行，来检验一下狭义相对论。甲留在发射基地，乙周游天外。当飞船再度回到基地时，是甲比乙年轻，还是乙比甲年轻？这里有两种答案：（

7、1），甲看乙船上的钟变慢了，所以，甲说乙年轻些；（2），乙看基地上的钟变慢了，所以，乙说甲应该比他更年轻一些。在这个两难的境地。运动钟变慢的结论，到底应当怎么办？这是个有名的疑难，叫做“双生子佯谬”。　　问题的关键是乙要回到出发点。倘使乙的飞船仅仅作匀速直线运动，是办不到这一点的。乙的飞行路线必然是有来有去，或者是转一个圈子。因此，在甲看来，乙是在做有速度变化的运动，当然。在乙看来，甲相对于他也在做变速运动。　　按照运动钟变慢的理论，甲看乙钟变慢，乙看甲钟变慢这种对称性，只有当甲和乙的相对运