五千年(敝帚自珍)

主题:另一道狭义相对论的趣题 -- 明日枯荷包

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家园 解答

好像大家都懒得回答啊。只好我来自说自话一番了。

我在提示里说,要找到隐含的和“同时性”相关的定义。这个定义就是“保持水平方向却垂直下落”。

我把图再贴一遍:

        a------b |

                v

o  o  o  o  o  o  o  o  o  o  o  o

       ---------->

什么叫“保持水平方向却垂直下落”的棍子?就是说在下落的过程中,棍子的a端和b端是一直处在相同的高度上。换句话说,a端和b端在同一个时刻时总在同一个高度上。

这就出问题了,根据狭义相对论,同时性具有相对性。对于不同惯性参照系中的观察者,他们并不能对“同时”作出相同的结论。于是,如果和水平梯子一起向右运动的观察者的观察下,棍子是“保持水平方向却垂直下落”的,那么在静止的观察者看来,棍子一定不是保持水平方向!反之亦然,如果在静止的观察者看来,棍子是“保持水平方向却垂直下落”的,那么在和梯子一起运动的观察者看来,棍子一定不是保持水平方向。

所以原题其实故意没讲清楚,所谓的“保持水平方向却垂直下落”的棍子,到底是对谁来说的。我们分析一下两种情况。

如果“保持水平方向却垂直下落”的棍子是对和梯子一起运动的观察者来说的,那么他看到了什么呢?棍子的长度变短,以至于比梯子横条间距离还小,于是穿了过去。而在静止的观察者看来,下落的棍子并不是水平,而是斜着掉下去的(梯子的速度越快,为了使和梯子一起运动的观察者看来棍子是水平的,棍子就得斜得越多)。这样,尽管梯子横条间距离在高速运动下变短,但是棍子还是穿得过去。这样双方都对于棍子穿得过梯子这件事表示同意,没有矛盾。

如果“保持水平方向却垂直下落”的棍子是对静止的人来说的,那么他看到梯子横条间距离在高速运动下变短,水平方向的棍子根本无法穿过梯子,棍子上至少有两点会同时碰在梯子的两根横条上。而对于和梯子一起运动的人看来,棍子是斜着掉下的,朝下的那端上某点先磕在一根横条上,然后另一根横条移过来,棍子的另一点又磕在这根横条上。在一个参照系里可以看见两点同时磕上横条,而在另一个参照系里,它们不是同时发生的。这种情况下,双方都对于棍子穿不过梯子这件事表示同意,也没有矛盾。

上面的分析当然只是定性的分析,说明所谓的“矛盾”并非不可能解决。真要作定量的计算也完全做得到,但这里就略过了

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