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时间的观念 · 第 118 页

PDF 物理页索引 139 · 第六章

书名
时间的观念
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章节
第六章
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时间的观念

化,满足速度迭加定理,那么在不同的参照系中,光速在AC方向和BC方向上不可能相等。因此,为了满足同时性定义,光速应该不随光源的运动而变化,这就是光速不变原理,它蕴涵在同时性的操作定义中,是狭义相对论的两大基本原理之一。

在有了异地事件同时性的操作定义之后,我们很容易发现异地事件同时性的相对性。“对一个参考系同时发生的两个事件,一般地说,对另一个参考系就不是同时发生的。”〔1〕

同时性的相对性带来了一系列的物理后果,其中广为人知的是尺缩钟慢效应。尺缩钟慢效应说的是:对于两个相互运动的参照系来说,处在某参照系中的观察者将会发现另一参照系中的物体在运动方向缩短了,其时钟走慢了。这两个效应都只是相对论效应,在本参照系中的观察者将看不出这种效应。而且,相对论效应是相互的,你看见我的尺缩钟慢,我也看见你的尺缩钟慢。

钟慢效应意味着一切周期现象的节奏都变慢了,包括人的生命周期,这就引出了一个十分有趣的双生子宇航难题。假定有一对孪生兄弟,其中的一个要以接近于光速(为了充分显示相对论效应)的速度做一次宇宙航行,按照相对论效应,呆在地球上的那位就会发现其兄弟生命周期放慢,比如,自己活了10年,对方才过了1年。当然,按照相对论,在宇宙飞船上的那位,也会发现呆在地球上的兄弟生命周期放慢,因为在他看来,地球以一个与飞船速度相等的速度反向运动。现在假定,宇航结束了,两兄弟又相遇在一起了,那么他们究竟谁更老、谁更年轻?在狭义相对论的范围内,这个难题是不能解决的。但我们必须注意到,在前述问题中,地球与飞船的运动状态并不相同。飞船为了离开并最后回到地球,都需要经历一段加速时期,而这是狭义相对论所不能处理的。只有最后引入广义相对论,这个问题才有一个最后的答案:历经加速度的那位生命周期更慢些。广义相对论将引力与加速度等效起来,而在引力场中,生命周期将会慢下来。

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[1)柏格曼:《相对论引论》,人民教育出版社1961年版,第33页。