什么是长度收缩(Length Contraction)？

长度收缩是指当物体相对于观察者运动时，观察者认为物体沿其运动方向变短的现象。它也被称为洛伦兹收缩或洛伦兹-菲茨杰拉德收缩，继物理学家亨德里克·洛伦兹和乔治·菲茨杰拉德之后。物体的速度越快相对于观察者移动，从...

长度收缩是指当物体相对于观察者运动时，观察者认为物体沿其运动方向变短的现象。它也被称为洛伦兹收缩或洛伦兹-菲茨杰拉德收缩，继物理学家亨德里克·洛伦兹和乔治·菲茨杰拉德之后。物体的速度越快相对于观察者移动，从观察者的角度看，它会收缩得越多。这种影响很小，以至于在人类日常生活中可能遇到的速度下可以忽略不计，但在以光速相当小的速度运动的物体中，这种现象变得更为明显。拿着烧杯的科学家认为，长度收缩现象是狭义相对论的结果。根据相对论，真空中的光速（约300000公里，或186000英里，对于所有的观测者来说，每秒（或c）总是常数。与直觉相反，从观察者的角度看，光源发出的光仍然是这样。假设一个物体从一艘相对于地球以每秒5公里（KPS）的速度运动的宇宙飞船朝着旅行的方向发射，以1公里/秒的速度将其从船上推离。船上的观察者会感觉到它以1公里/秒的速度移动，而地球上的观察者会感觉到它以6公里/秒的速度移动。如果船上的外部灯打开，船上的观察者会在c处检测到光从船上移动，但地球上的观察者也会感知到光以c运动，而不是c加上飞船的速度。结果是，不同的观察者根据相对于飞船的速度，飞船光线到达指定位置的精确时刻会有所不同。因此，他们对同一时刻发生的其他事件会有不同意见，这被称为同时性的相对性下面的思考实验通常会解释这与物体的探测长度之间的关系。想象一排同步时钟，每个时钟都可以测量一个运动物体的左右两端何时经过它的前面。当一个物体经过这排时钟之后，一个观察者可以通过计算两个时钟之间的距离来确定它的长度，以便对象的右端在左端到达第二个时钟的同时到达一个时钟。共享一个参考系的两个观察者将商定长度。因为测量是基于发生的事件然而，同时，相对运动的观察者不会就长度达成一致。观察者相对于时钟的速度越快，它们的测量结果与相对静止的观察者的差异就越大。长度收缩的影响会以更高的速度增长。一个物体移动0.05摄氏度（光速的5%），每秒大约14990公里（9314英里），对于一个静止的观察者来说，它的长度会略微缩短——如果它的方向与它的运动方向平行，它在静止时的长度大约是静止时长度的99.87%。观察者看到的长度在0.2摄氏度时收缩到静止时长度的97.79%，在0.4摄氏度时收缩到91.65%，在0.7摄氏度时收缩到71.41%探测到的长度减少到43.58%，在0.999c时收缩到只有4.47%。更接近c的收缩会变得更极端，尽管长度从来不会收缩到零。如果有观察者与物体同行，这个观察者不会感觉到物体在收缩，因为从他或她的角度来看，物体的相对速度为零在观察者的参考系中，物体是静止的，而宇宙的其他部分相对于观察者是运动的，因此，从观察者的角度来看，宇宙的其他部分在收缩。一个物体在长度收缩时，其测量长度的变化与人眼或照相机所看到的物体在视觉上的实际表现不同，因为一个物体运动的速度足够快，足以产生明显的长度收缩，所以它的运动速度相当于它自身的光速。在这样的速度下，同时从物体的不同部位发射出来的光子会在相当不同的时间到达观察者，从而扭曲了物体的视觉外观。因此，一个物体高速向观察者移动会被扭曲，因此，尽管长度收缩，但从视觉上看，物体看起来会更长。在实际长度收缩的基础上，由于相同的时滞效应，一个物体离开观察者时，看起来会变短，而一个物体经过观察者时，看起来是歪斜的旋转的。

发表于 2020-09-17 20:54
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分类：科学教育

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