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狭义相对论公式推导过程之——时间相对原理

(2011-05-13 20:07:59)
标签:

杂谈

时间相对原理:

    假设你在球场某处静止不动,你的朋友以速度u从你这跑开,你们都在看一场球赛。设你所看到的球赛开场时间为t1,结束时间是t2,你看到的球赛经历时间是Δt=t2-t2;你的朋友看到的开场时间是t1',结束时间为t2',他看到的球赛经历时间是Δt=t2'-t1'。

    还记得上次推导的洛伦兹变换式吗?现在派上了用场。 

    为了大家的方便,我还是再把它写一遍吧!免得大家还得重看一遍。具体如下:

x=(x'+ut')/√(1-u^2/c^2)        x'=(x-ut)/√(1-u^2/c^2)

y=y'                            y'=y

z=z'                            z'=z

t=(t'-uc'/c^2)/√(1-u^2/c^2)    t'=(t+ux/c^2)/√(1-u^2/c^2)     

                         代入,可得:

t1'=(t1-ux/c^2)/√(1-u^2/c^2)   t2'=(t2-ux/c^2)/√(1-u^2/c^2)

    Δt'=t2'-t1'

      

       =(t2-ux/c^2)/√(1-u^2/c^2)-(t1-ux/c^2)/√(1-u^2/c^2) 

       

       =(t2-ux/c^2)-(t1-ux/c^2)/√(1-u^2/c^2) 

       

       =(t2-ux/c^2-t1+ux/c^2)/√(1-u^2/c^2)

       

       =t2-t1/√(1-u^2/c^2)      

      

       =Δt/√(1-u^2/c^2)

    好了,大功告成,速度相对原理的公式推导完毕,现在由我来解说一下它。

    从我们的常识来看,一个人是否运动根本不影响他所看到的事物变化经历的时间,但事实上这是不对的,因为我们无时不刻处在低速运动中,所以时间相对产生的效应就微乎其微了。

    大家设想一下:当速度u很为1千米每秒(这个值应该不算很小吧)时,u的平方还是1,用它除以光速c的平方(注:c的值近似为3×10^5千米每秒,则c的平方就变得非常非常大了,即9×10^10),u^2/c^2的值就变得很小很小了(在分数中,分母越大,则分式的值就越小,这个道理大家都懂吧),这时用1减去这个极小的值后,还是近似为1,而用另一个数去除以这个非常接近于1的数,也近似的等于原来那个数。发现了吗?这样的话两个人经历的时间就会很接近很接近,我们根本无法分辨。反之,如果这个速度很大,并且无限趋近于光速,这种时间相对效应就非常明显了。

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