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火车雷击事件——两种时空观的交锋

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两道闪电击中车头车尾,通过分析,得出了地面系觉得这两个事件是同时发生的,而火车系并不这么认为。

所以这个题目的核心问题是——时间!
牛顿:虽然我在火车上是先看到车头的光,后看到车尾的光。但是,他不能凭借收光的时间不一样判断它们发光的时间不一样,为什么?因为我会认为光的速度不一样,你从车头发过来的光的速度的c+v,从车尾发过来的速度的c-v。然后,车长一样,光的速度不一样,收光的时间不一样。
所以:这两束光是同时发出的。
爱因斯坦,火车系的人先收到车头的光,后收到车尾的光,这就可以直接用来证明同时的相对性了。因为光速不变,车长一样,光在火车传播的时间是一样的。
所以,你接收到光的时间先后不一样,就铁定证明了光发出的时间不一样。
*以上两位在各自的理论中,皆能自圆其说


1楼2023-05-13 00:25回复
    因此问题首先要解决的,并不是你怎么去【计算】问题,而是你想以什么【角度】来看问题,不同的【角度】所用的【计算】工具也就不同。
    或许你会问,为什么到高中阶段物理不需要这样看问题。
    那是因为这个阶段最多只有【两个】变量,譬如【路程=时间X速度】这个式子而言,一个构成因素变化了,势必会导致其余两个因素相应的变化,反之亦然.
    但是像【雷击火车】这种问题就不同了,它实际上至少是有【三个】变化的因素,他们在各自的系统里都是对的。
    一,静止系的观察结论
    二,火车系的观察结论
    三,观察者的观察结论(观察者相对运动)
    只是,他们都是在描述同一个事件,大家知道一个事件的结局有且只能有一个,因此为了描述整个事件,我们可以将三个观察结论通过【方程组】这一工具将其联立起来。


    3楼2023-05-13 09:59
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      为了偷懒,我们又可以对这个问题首先定下一些【方便】的限制,比如说火车只是在做直线运动,也就是说他是【惯性系】的产物,这样【非惯性系】的情况就可以免谈了。
      我们规定,【时间】都会是【均匀】的,不会突然加快或者减缓;
      而且我们假定所有的【观察者】都很【乖】,无论是在火车还是在地面上都是【傻站】不,是【静止】的,而且规定不许拥有【超能力】,所以所有的观察者也看不出光的【多普勒效应】
      我们又假定(戳,规矩真多)单程光速等于双程光速。就是说光的运动初速度等同光反射速度。
      这样,上面三个结论组成的三个方程式,就可以省略一个(观察者运动系默认为零),还拥有了一个叫【同时】的概念。


      4楼2023-05-13 10:21
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        这样,我们就只剩下两个系的证词具有法律效力,分别是火车运动系的V=v±c,和静止系的c,一眼看出,无论是在哪一个时刻,我们都会有这种对应的矛盾关系,因为这矛盾是线性关系。
        那我们应该相信谁的?上面说了两者均可自圆其说。
        幸好我们知道理想号火车是在做一个惯性运动,那么肯定可以说这是一个力学实验,啊!我们有伽利略相对性原理。
        【在一个惯性系的内部所作的任何力学实验,都不能区分这一个惯性系本身是处于相对静止还是匀速直线运动状态。换言之,力学定律在任何一个惯性系中数学形式不变。对于所有的惯性系来说,力学定律都是相同的,也就是一切惯性系都是平等的。
        也就是说,等等,静止系凭什么说光速是c?根据麦克斯韦方程结果?那问题其实就成变成了——
        【麦克斯韦方程组是否适用于力学相对性原理】


        5楼2023-05-13 10:43
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          这样我们就只有【适用/不适用】两种选择。我们先来看看【不适用】
          这岂不是说“在一个惯性系的内部所作的任何力学实验,都不能区分这一个惯性系本身是处于相对静止还是匀速直线运动状态。但电磁实验可以。”?显然不可能嘛!
          于是就有人想,是介质搞的鬼,是介质导致了光的时快时慢又或者不变,这种介质就叫做【以太】,我们现在回过头来看,之所以会出现【以太】这一个概念,无非就是要完善【牛顿】关于速度的观点。
          【以太】要是真出现,【牛顿】的看法自然能成立,于是就做实验,从而又衍生出了两个分支:
          【真没有以太可以发挥作用】,此路通往【适用于相对性原理】
          【实验仪器问题】
          洛伦兹认为是【仪器问题】,他认为以太和光一样性质,光在它就在,光灭你测不出,就像一块布景板,使用数学工具就可以得到光速【收缩,膨胀】等物理现象,它也可以计算出光速静止不动。
          这一工具就叫【洛伦兹变换】
          几乎同时,有个叫爱因斯坦的年轻人也得到了这个变换的特殊形式,不过他是基于【麦克斯韦方程适用于相对性原理】这一基础上的。


          6楼2023-05-13 12:02
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            也就是说,问题的核心就变成了【洛伦兹变换是否适用于相对性原理】而且这和雷击火车事件一样,取决于
            【你喜欢听谁说的】
            牛顿:洛伦兹变换是非线性的,因此不符合速度叠加原理,因此是错误的
            爱因斯坦:根据麦克斯韦说的,光速恒定,因此是正确的。
            这样,无论你信了哪一个,都会是对另一个的绝对否定,而变换点就是洛伦兹变换,此外,十年后的爱因斯坦会告诉你,会有一个【广义相对论】的大袋子,可以将【牛顿力学】和【相对论的电动力学】一起装了,这是后话。


            8楼2023-05-13 12:23
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              因此,一并连带的,牛顿的绝对时空观在这里开始动摇,随着洛伦兹变换的深入研究,闵可夫斯基时空得到了建立,值得一提的趣闻是,就连爱因斯坦刚刚接触闵可夫斯基时空的时候也说:“如果我的理论需要那么复杂的数学模型,我就不懂相对论了。”直到爱因斯坦开始广义相对论的工作之后,才意识到闵可夫斯基的内涵对相对论十分重要。
              从同时性的相对性,洛伦兹不变性可以看出,电动力学天生具有相对论性,因此电动力学加上了相对论性的描述后,就成了【相对论力学】,它与【牛顿力学】处于平等的地位。


              10楼2023-05-14 09:32
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