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狭义相对论是如何工作的

长度收缩

洛伦兹变换允许我们计算长度收缩。收缩的程度取决于物体相对于观察者运动的速度。举个例子,假设一个12英寸的足球从你身边飞过它的速度是光速的60%。你会测量出这个足球有9.6英寸长。所以在60%的光速下,你测量出的足球长度是它原来长度的80%(原来的12英寸测量是在静止状态下相对于你进行的)。记住,所有的测量都是在运动的方向上——球的直径不会因为球的向前运动而改变。这里有两点需要记住:

  1. 如果你在足球旁边以同样的速度奔跑,光速的60%,你会测量出它的长度总是12英寸。这和你站着不动,拿着足球测量没有什么不同。
  2. 如果一位拿着足球跑步的女士测量了你手里拿着的尺子,她也会测量你和你的尺子的长度。记住,她有平等的权利把你看成是对她的尊重。

运动对时间的影响

我提到过,时间也随着参照系(运动)的不同而变化。这就是所谓的“时间膨胀”。时间实际上随着运动而变慢,但只有在接近光速的速度下才会变得明显。与长度收缩类似,如果速度达到光速,时间就会减慢并停止。再说一遍,这只是一个观察者不随时间而动被衡量的人会注意到。就像卷尺长度收缩一样,运动中的时钟也会受到影响,因此它永远无法检测到时间在变慢(还记得钟摆吗)。由于我们的日常运动远没有接近光速,所以我们完全没有注意到这种膨胀,但它确实存在。

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在下一节中,我们将更深入地了解时间膨胀。

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