时间延缓效应

更新时间:2024-02-13 21:10

时间延缓效应又叫做动钟延缓效应。

基本信息

同时性”具有相对性,那么时间间隔测量是否随惯性系的不同而不同,即也具有相对性?现仍以上述火箭车为例对此问题进行讨论。

设想在车中(S' 系)一光脉冲从车厢地板上 N 点垂直向上发出(事件1),见图15.4(a),到车厢顶 M 点被反射回原地 N 点(事件2)。由于在 S' 系中,事件1 和 2 发生在同一地点 N ,车中的观测者只要有一只静止在此系中的钟 C 即可测得这两个事件之间间隔 t0 ,见图15.4(b)。

设从车厢地板上 N 点到车厢顶上 M 点间的距离为 D ,则有

(01)

对地面上(S 系)的观测者A 来说,这两个事件之间光经历的路程总长为2H 是等边三角形 NMN' 的两条边,见图 15.4(a)、(b),而且由于两个事件不是发生在同一地点,因此,他必须用放置在事件 1 发生地(与 N 点对应)和事件 2 发生地(与 N' 点对应)两只与 C 钟结构相同并一起校准过的钟 C' 和 C″ 才能测得这两个事件之间的时间间隔 ,设为 t ,根据光速不变原理,有

(02)

三角形NMN',有

(03)

将式 (1)、(2) 代入式 (3) ,消去 D 和 H ,得

化简为:

(04)

式中 , ,由于 ,故 ,式 0013 表明 ,在 S' 系中测得发生在同一地点的两个事件之间的时间间隔 ,在 S 系中观测者看来这两个事件为异地事件 ,这两个事件之间的时间间隔 t 总是比 要大 ,二者之比为 。这一现象称为时间延缓效应。

狭义相对论中,将在一个惯性系中测得的 、 发生在该惯性系中同一地点的两个事件之间的时间间隔称为原时,这里的 显然为原时。时间延缓效应还可表述为:在不同惯性系中测量给定的两个事件时间间隔,以原时最短。

时间延缓效应还可陈述为, 运动时钟走的速率比静止时钟走的速率要慢, 实际上,对 S 系的观测来说,静止在 S' 系中的时钟 C 是运动的,他认为运动时钟 C 较他所在惯性系中的时钟C' 和 C″ 走的要慢。应当注意,时间延缓效应是相对的,也就是说,对 S' 系的观测者来说,静止于 S 系中的时钟是运动的,因此相对于自己 系中的钟走的要慢。

时间延缓效应表明,时间间隔的测量是具有相对性的。

时间延缓效应还表明 , 事件发生地的空间距离将影响不同惯性系上的观测者对时间间隔的测量 ,也就是说,空间间隔和时间间隔是紧密联着的 。因此,它与时钟结构无关 ,是时空本身固有的性质 ,这也是狭义相对论时空观与经典时空观的区别所在。

还应注意,当 v≤c 时, ≈ 1 , ,这时,两个给定事件间的时间间隔的测量结果对不同的各惯系相同 ,即时间间隔测量与参考系无关 。这就回到了绝对的时间概念 。这表明 ,绝对时间概念只不过是狭义相对论的时间概念在低速情况下的近似。

时间延缓效应显著与否决于因子 ,为了使读者有一数量级概念,取 c = 3 × 108 m / s ,现将 及 的计算值列于表 0001 中。

表 0001 及 的计算值(取 c = 3 × 108 m / s )

从表中看出只有在速率 或更大时,才有比较明显的时间延缓效应, 宏观世界中的运动速率一般都远小于真空中的光速, 如空气中的声速通常约为 ,第三宇宙速度也只有 。在现已知的各种实物运动中,只有微观粒子和遥远的天体运动速度可能有与光速相比拟。

虽然如此,有关时间延缓的直接实验验证事例还是很多的。

提出者简介

阿尔伯特·爱因斯坦(Albert.Einstein,1879年3月14日-1955年4月18日),犹太物理学家

爱因斯坦1879年出生于德国乌尔姆市的一个犹太人家庭(父母均为犹太人),1900年毕业于苏黎世联邦理工学院,入瑞士国籍。1905年,获苏黎世大学哲学博士学位,爱因斯坦提出光子假设,成功解释了光电效应,因此获得1921年诺贝尔物理奖,创立狭义相对论。1915年创立广义相对论

爱因斯坦为核能开发奠定了理论基础,开创了现代科学技术新纪元,被公认为是继伽利略、牛顿以来最伟大的物理学家。1999年12月26日,爱因斯坦被美国《时代周刊》评选为“世纪伟人”。

主要作用

为狭义相对论主要思想,摆脱了当时的绝对时间以及绝对静止的概念。

一般来说,在一个相对我们做高速运动的惯性系中发生的物理过程,在我们看来,他所经历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时间长。惯性系的速度越大,我们观察到的过程所经历的时间也就越长。对于化学反应、生命过程等,这一结论也是正确的。这就是时间延缓效应,又叫做钟慢效应

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