“动尺缩短”是狭义相对论的推论之一。尺子的长度就是在一惯性系中"同时"得到的两个端点的坐标值的差。由于"同时"的相对性,不同惯性系中测量的长度也不同。相对论证明,在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短,这就是所谓的“动尺缩短”效应,当速度接近光速时,尺子缩成一个点。
对此系统相对论有不同观点。
根据系统相对论时间相对性原理,如果将长度标尺基于空间密度标定刻度,那么它的刻度间隔也将是不均匀的。空间密度越低,长度标尺的刻度间隔就越大。设在地表测量物体的长度为s⊙,在空间密度为ρ的环境中,物体的相对长度s可表示为:
s=(ρ/ρ⊙)1/3s⊙
上式称作系统相对论的长度变换方程。从上式可以看出,物体所处位置的空间密度越低,物体的相对长度就越小,这就是长度收缩效应。我们从第39篇知道,行星所处轨道的空间密度越低(即轨道半径越大),行星的稳态速度越高,这就是所谓的“动尺缩短效应”的本质。可见,动尺缩短效应与运动并没有直接关系,而是由物体所处环境的空间密度所决定的。
换言之,在不同的空间密度下,尺子的刻度是不同的,被测量物体的相对大小也就不同。同理,在微观环境中长度标尺的刻度间隔比地表要小得多,用这样的标尺测量得到的粒子尺寸要比地表大得多,这就是长度膨胀效应。当然,我们拥有的标尺只有一个,即宏观(地表)标尺。可见,洛纶兹变换值得商榷。
值得一提的是,对于地月距离,从上述公式可以看出,我们在地面观测到的距离是真实距离的(ρ/ρ⊙)1/3倍。这里ρ是指地月之间的平均空间密度,显然ρ<ρ⊙。虽然实际距离比观测距离大得多,但长度刻度与时间刻度的间隔始终同步同比例变化,当我们用光来测量地月间距时,是无法觉察到这个差别的。
总之,“动尺”不会缩短。
延伸阅读:精简版《系统相对论》10.2节 时间与空间
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