運動物體觀測論

運動物體觀測論

目前人們觀察世界的主要媒介是光(電磁波),而光是有限速度,所以在事物發生的時刻到人們觀測到的時刻就會存在一個時間延遲差,也就是說人們觀測到物體狀態的時間比物體狀態發生的時間滯後,這種觀測的延後性我們稱其為:“觀測相對論”。

基本介紹

  • 中文名:運動物體觀測論
  • 外文名:The theory of moving object observation
  • 目的:解決運動物體的觀測問題
  • 概念:運動參考系時空、
目前人們觀察世界的主要媒介是光(電磁波),而光是有限速度,所以在事物發生的時刻到人們觀測到的時刻就會存在一個時間延遲差,也就是說人們觀測到物體狀態的時間比物體狀態發生的時間滯後,這種觀測的延後性我們稱其為:“觀測相對論”。下面分幾種情況加以論述:
論運動物體的測量效果
簡介:運動的物體測量,與靜止的不同,尤其在測量速度與運動速度接近時,其影響更加明顯。下面我們從淺顯的聲音實驗來揭示運動物體測量問題。
我們先來考慮一個實驗(聲秒的單位是指在某種實驗用聲介質中聲音走一秒的距離)
如果一個鐘,以0.5倍聲速從原點遠去,我們會聽到什麼現象呢?
一秒鐘時,它距離原點0.5聲秒距離報1秒,但這個事件我們在原點聽見,需要再過0.5秒,於是我們發現,在本地鐘1.5秒時,遠處的鐘報1秒,本地鐘3秒時,遠離的鐘報2秒,也就是我們在忽略測量時間時,誤以為遠去的鐘慢了。而且速度越快,鐘慢得越厲害。
這個現象,是否有普遍意義呢?
當聲波的介質相對於測量者靜止時,無論聲源速度如何變化,聲速不變(只改變音頻),這是著名的都卜勒實驗,其它所有機械波也有類似現象。而對於光速,相對論更是假設了對於任何參照系,光在真空中速度不變!因此,這個現象具有普遍意義,發生在以任何波作測量工具的時候。
舉例來說,運動的火車頭髮出的聲音,相對地面還是聲速(聲速不變),不是火車速度加聲速,而相對火車速度是聲速減火車速度(速度疊加);而在超音速飛機內部從機尾向機頭髮出聲音,相對飛機,還是聲速(聲速不變,伽利略相對性),而相對地面,是飛機速度加聲速(速度疊加)。因此速度是相對的,相對論變換、伽利略變換速度疊加並存,而不是排斥。
推廣到普遍的遠離情況
理想點以a倍光速遠去,1秒鐘遠離a*C(光速)距離,在計時起位置要a秒傳過來,到達a*C的事件將在a+1秒傳到觀察者,觀察者認為速度為a*C/(1+a),速度永遠小於光速。a為1時看到以1/2C遠離。
當a遠小於1時,a*C/(1+a)可近似為a*C,也就是實際速度,當a接近於無窮大時,a*C/(1+a)可近似為C,也就是遠離速度遠小於測量速度時,測量速度可忽略不記,測量結果約等於真實速度;當遠離速度遠大於測量速度,測量結果約等於測量速度,也就是測量不到超過測量速度的遠離情況。
再來看一下遠離的尺
假設有一把尺長1聲秒,而我們的測量地面上有一無限長尺子固定不動,運動尺頭尾各有一個探測裝置,在探測到與地面某一尺刻度重合時,用聲音報出該刻度,我們在地面尺原點接收聲音。尺勻速運動逐漸遠離,當尺尾報0聲秒時,尺頭已經距離我們1聲秒,而這個距離,要1秒後我們才能收到;當尺尾到1聲秒距離時,尺頭到2聲秒,還是要在我們收到尺尾報1聲秒後1秒,我們才能收到尺頭報2聲秒,於是我們會直觀的認為,尺尾先到刻度,尺頭後到達它本應立刻到達的刻度,感覺好象遠離的尺,縮短了。而且運動速度越快,感覺短的越厲害。
看看超過聲速會發生什麼
超過聲速我們將追上鐘以前發出的聲音,也就是先聽到鐘敲3下,報3點,再聽到鐘敲2下,報2點,然後聽到鐘敲1下,報1點,這就是超過聲速時間倒流現象!
靠近情況
理想點以0.5倍聲速靠近,在距離2聲秒時作為記時0點,我們聽到2秒時,遠處的鐘報距離2聲秒,2.5秒時聽到鐘報距離是1.5聲秒,3秒時,鐘報距離是1聲秒,3.5秒時,鐘報距離是0.5聲秒,4秒,我們與運動的鐘相遇,報距離0聲秒。
靠近的鐘測量現象變快。
普遍的規律是以a倍測量速度靠近的理想點,測量速度顯示為a/(1-a)。當運動速度遠小於測量速度,測量速度可忽略,測量結果約等於真實速度;當運動速度大於0.5倍測量速度,小於1倍測量速度,將測量到超過測量速度的運動現象;當運動速度等於測量速度,物體將和它的歷史信號同時到達,我們將無法區分哪個是歷史,哪個是現時,也就無法測量;當運動速度大於測量速度,我們將先收到現時信號,後收到歷史信號,會感覺物體在向遠方退去,這就是負號的含義,當速度無窮大,近似以測量速度遠去。
同理,靠近的尺測量結果也是越來越長。這才是鐘慢尺縮現象的物理原理。
都相對介質運動的情況
當A物體以a倍測量速度離開介質原點,B物體以b倍測量速度離開介質原點,從B物體測量結果,A是以(a+b)/(1+a)速度運動的(如果不承認光傳播需要介質,這個結果有待實驗證實)。條件是b小於等於1,如果b=1,測量結果將不能追上測量者。
分析幾個關鍵點:b=0,相當於B靜止A遠離;a=0,相當於a獨自運動,並測量;a遠小於1,近似實際速度a+b,a趨於無窮大,接近測量速度;由於b小於1,所以a+b小於1+a,測量結果,永遠小於測量速度。
鐘慢、尺縮、超光速時間倒流現象,都可以用聲音試驗做出效果。
愛因斯坦自己的理解,速度無窮大,“絕對同時”有意義,但觀測速度上限是光速,因此“絕對同時”無意義。
說明愛因斯坦有時候明白相對論是由於光速太慢,引起的測量問題。如果測量速度無窮大,則同時性的相對性問題不存在。對一群盲人來說,測量速度的上限是聲速,則愛因斯坦奉獻給他們的偉大理論將是聲速相對論,但不能因此得出聲速最快。

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