作者condensed (我的冒险生活)
看板Physics
标题Re: [问题] 相对论问题 双胞胎
时间Thu Dec 2 01:19:25 2010
※ 引述《condensed (我的冒险生活)》之铭言:
关於加速系,我再补充一些:
从狭义相对论的观点,如果要实际去设计加速系,
较自然的做法,应该是假设固有加速度恒定。
这会使得太空船上的哥哥,永远感觉到同样大小的加速度。
这种设定建立後,在原本的全域惯性系S的时空图上的轨迹,
会是一条以通过原点的光锥为渐近线的双曲线。
(为了让渐进线通过原点,请不要让太空船从x=0出发,
而是从 x=X1 > 0出发,为了数学分析上的方便。 )
也就是 -t^2+x^2 = costant_1
有趣的是,这恰巧提供了一个设计全域加速系的极佳方案。
因为 -t^2+x^2 = costant_1 ,表示任何时刻,
这个质点(t,x)到(0,0)的四维长度都一样
(这段其实就和瞬间静止惯性系中的x'轴重合)。
如果你在t这个瞬间取了一个瞬间相对静止惯性系S'去看,
(设S与S'的时空原点重合,即(t,x)=(0,0)与(t',x')=(0,0)是同一事件)。)
这段四维长度,恰巧就是空间部分的距离,
(即在瞬间静止惯性系S'中,哥哥与原点的距离。)
也就是 (-t^2 + x^2)^(0.5) = x' = constant_2
所以如果我们考虑一个太空船是有长度L的,
从静止开始,太空船头A与船尾B同时以固有加速度
a1=constant_3与a2=constant_4 (且a1<a2) 运动,
我们会发现,任何时刻,你在瞬间相对静止惯性系上看到的太空船长度,
都是一样的长度
L'= x'_A -x'_B
= [-(t_A - t_B)^2 + (x_A - x_B)^2]^(0.5)
= constant_5
= L
也就是说,这样的太空船,恰巧是一个"静态的加速系"。
刚发现,这里还可以得到几个很神奇的结论:
1.如果弟弟始终站在原点的位置上,在t=0时,哥哥开始从x=X1等固有加速度运动,
在此同时,弟弟将手边的雷射笔开启,向哥哥的方向发射过去。
结果这道雷射光,居然永远也追不上哥哥的太空船!
时空图中,光与太空船的世界线始终没有交会,只能越来越靠近。
所以有人用这种太空船逃逸,你拿光速雷射枪来也射杀不到。
(前提是太空船有足够的能源永远跑下去)
2.在哥哥的每个瞬间相对静止惯性系中,弟弟的时钟刻度都指向零。
所以用哥哥的角度来说,弟弟的时间停止了?(够酷!)
3.在哥哥的每个瞬间静止惯性系中,弟弟和哥哥彼此之间一直存有相对速度,
可是弟弟和哥哥之间的距离,却始终保持不变。(诡异...)
当然以弟弟的观点,会觉得哥哥是加速离自己远去。
(简直像极了科幻小说的情节^^;)
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