什么是長度收縮(Length Contraction)？

長度收縮是指當物體相對于觀察者運動時，觀察者認為物體沿其運動方向變短的現象。它也被稱為洛倫茲收縮或洛倫茲-菲茨杰拉德收縮，繼物理學家亨德里克·洛倫茲和喬治·菲茨杰拉德之后。物體的速度越快相對于觀察者移動，從...

長度收縮是指當物體相對于觀察者運動時，觀察者認為物體沿其運動方向變短的現象。它也被稱為洛倫茲收縮或洛倫茲-菲茨杰拉德收縮，繼物理學家亨德里克·洛倫茲和喬治·菲茨杰拉德之后。物體的速度越快相對于觀察者移動，從觀察者的角度看，它會收縮得越多。這種影響很小，以至于在人類日常生活中可能遇到的速度下可以忽略不計，但在以光速相當小的速度運動的物體中，這種現象變得更為明顯。拿著燒杯的科學家認為，長度收縮現象是狹義相對論的結果。根據相對論，真空中的光速（約300000公里，或186000英里，對于所有的觀測者來說，每秒（或c）總是常數。與直覺相反，從觀察者的角度看，光源發出的光仍然是這樣。假設一個物體從一艘相對于地球以每秒5公里（KPS）的速度運動的宇宙飛船朝著旅行的方向發射，以1公里/秒的速度將其從船上推離。船上的觀察者會感覺到它以1公里/秒的速度移動，而地球上的觀察者會感覺到它以6公里/秒的速度移動。如果船上的外部燈打開，船上的觀察者會在c處檢測到光從船上移動，但地球上的觀察者也會感知到光以c運動，而不是c加上飛船的速度。結果是，不同的觀察者根據相對于飛船的速度，飛船光線到達指定位置的精確時刻會有所不同。因此，他們對同一時刻發生的其他事件會有不同意見，這被稱為同時性的相對性下面的思考實驗通常會解釋這與物體的探測長度之間的關系。想象一排同步時鐘，每個時鐘都可以測量一個運動物體的左右兩端何時經過它的前面。當一個物體經過這排時鐘之后，一個觀察者可以通過計算兩個時鐘之間的距離來確定它的長度，以便對象的右端在左端到達第二個時鐘的同時到達一個時鐘。共享一個參考系的兩個觀察者將商定長度。因為測量是基于發生的事件然而，同時，相對運動的觀察者不會就長度達成一致。觀察者相對于時鐘的速度越快，它們的測量結果與相對靜止的觀察者的差異就越大。長度收縮的影響會以更高的速度增長。一個物體移動0.05攝氏度（光速的5%），每秒大約14990公里（9314英里），對于一個靜止的觀察者來說，它的長度會略微縮短——如果它的方向與它的運動方向平行，它在靜止時的長度大約是靜止時長度的99.87%。觀察者看到的長度在0.2攝氏度時收縮到靜止時長度的97.79%，在0.4攝氏度時收縮到91.65%，在0.7攝氏度時收縮到71.41%探測到的長度減少到43.58%，在0.999c時收縮到只有4.47%。更接近c的收縮會變得更極端，盡管長度從來不會收縮到零。如果有觀察者與物體同行，這個觀察者不會感覺到物體在收縮，因為從他或她的角度來看，物體的相對速度為零在觀察者的參考系中，物體是靜止的，而宇宙的其他部分相對于觀察者是運動的，因此，從觀察者的角度來看，宇宙的其他部分在收縮。一個物體在長度收縮時，其測量長度的變化與人眼或照相機所看到的物體在視覺上的實際表現不同，因為一個物體運動的速度足夠快，足以產生明顯的長度收縮，所以它的運動速度相當于它自身的光速。在這樣的速度下，同時從物體的不同部位發射出來的光子會在相當不同的時間到達觀察者，從而扭曲了物體的視覺外觀。因此，一個物體高速向觀察者移動會被扭曲，因此，盡管長度收縮，但從視覺上看，物體看起來會更長。在實際長度收縮的基礎上，由于相同的時滯效應，一個物體離開觀察者時，看起來會變短，而一個物體經過觀察者時，看起來是歪斜的旋轉的。

發表于 2020-09-17 20:54
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分類：科學教育

什么是長度收縮(Length Contraction)？

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