狹義相對論中同時性到底是怎麼判斷的?

時間 2021-06-26 02:57:17

1樓:高山流水

僅僅以光訊號到達先後是不能判定兩個事件是否同時發生的,還要加上兩個光訊號走過的路徑長度是否相等。即,在相對論中,如果兩個事件發出的光訊號經過相等的路徑長度同時到達同一點(例如觀測者處),則兩個事件同時發生。這相當於相對論的同時約定,也相當於相對論的對鍾約定,可以看做光速不變的乙個推演。

而在適當的前提下,光速不變是否成立或實現,則取決於人為規劃,沒有唯一性和必然性。因此,光速不變也是一種約定,不是通常理解的假設,在一定前提下,沒有人能證明它必然成立或必然不成立,而是可以讓它成立(像相對論那樣),也可以讓它不成立(像牛頓力學那樣)。

2樓:王一

很多地方對狹義相對論中同時性問題介紹過於簡略。給人感覺好像同時性是乙個人為規定。其實同時性是基於狹義相對論基本假設的結果。

不是人為約定出來的。用光訊號到達中點的先後來判斷兩個事件同時性,和用光鐘來得到「鐘慢」類似,只是乙個例子,而相對性原理要求,其它「同時性」的定義也要和這個例子符合(正如其它「鐘慢」的例子也要和光鐘符合一樣)。

類似於鐘慢效應,我們也可以仔細捋一下「同時性」思想實驗的邏輯。

首先,對於單個觀測者而言,我們不需要相對論,就可以談論或檢驗兩個事件 EP、EQ 的同時性。檢驗 EP、EQ 的同時性有許多方法。比如在空間每一點都放乙個鐘(可以用光或其它已知速度的訊號校準,或通過緩慢移動來校準,這對應於該觀測者參照系的座標時);可以用題主問的,在 EP、EQ 時間發生的時刻,向 EP、EQ 位置中點連線發光,看誰先到達;還可以有很多很多其它的方法。

由於這裡沒有涉及到不同觀測者的觀點,我們在不使用任何相對論結論的情況下,就可以確認,這些定義「同時性」的方法是自洽的(或者,如果有的方法不自洽,那麼它就不是合理的定義同時性的方法;與相對論的合理與否無關)。

既然這些檢驗 EP、EQ 同時性的方法是自洽的,我們就從中挑最簡單(相對於狹義相對論的基本假設來說)的一種,來考慮換乙個運動觀測者的時候,EP 和 EQ 還是不是同時的。和光鐘實驗類似,最簡單的檢驗同時性的方法就是往線段中點發光。

比如說,在觀測者 A 中,EP、EQ 兩事件是同時的,那麼,對參考係 A 中的觀測者而言,光訊號到達中點的時間是同時的,前文約定好的任何其它相對 A 靜止的儀器測出來,EP、EQ 兩事件發生的時間都是相同的。

而如果觀測者 B 相對於 A 是運動的,則畫時空圖可以看出,在參考係 B 中,EP、EQ 發出光的時間不同。也就是說,用前文約定好的任何其它相對於 B 靜止的儀器測出來,EP、EQ 兩時間發生的時間都是不同的。(這裡,相對性原理保證了,觀測者 B 可以用相對於 B 靜止的任何儀器判斷同時性,正如觀測者 A 所做的一樣。

)也就是說,用光訊號來判斷,只是各種判斷方式中最簡單的一種。相對性原理保證了各種判斷方式是自洽的。

--- 貼一下我的講義,來補充上文的一些技術細節和圖

3樓:丁叢

如果已明確了是哪個慣性系,則同時性的判定和經典物理學中是完全相同的,這是由於慣性系的定義和經典物理學完全一致。慣性中可以假設處處有對過時的鐘錶,兩事件是否同時發生,比較鐘錶讀數就行了。

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