Добавить в цитаты Настройки чтения

Страница 96 из 125

д) Если выбрать в системе ракеты положительное направление оси ????' в направлении относительного движения лабораторной системы, то знак в уравнении (47) изменится на обратный, и это уравнение примет тот же вид, что уравнение (46).

е) Чтобы произвести измерения в нескольких разных местах в системе отсчёта ракеты при ????'=0 (т.е. одновременно в этой системе), необходимо воспользоваться несколькими часами-хронографами. Лучше было бы употребить выражение: «Пусть часы-хронографы на ракете будут расположены так, чтобы каждые из лабораторных часов были рядом с ними в начальный момент ракетного времени (????'=0), и пусть они сфотографируют в этот момент циферблаты лабораторных часов. Тогда на этих фотографиях не все лабораторные часы будут показывать время ????=0». ▲

12.Эвклидовы аналогии

Рис. 140.

а) и б) См. рис. 140. Аналогия проявляется, когда мы сравниваем координаты ???? эвклидовой системы и лоренцевой системы, а также координаты ???? эвклидовой системы и ???? лоренцевой системы. При этом на рис. 140 расстояние ????????' меньше, чем расстояние ????????, что соответствует различию наблюдаемых длин одного и того же движущегося стержня в системах отсчёта ракеты и лаборатории. Подобным же образом, замедление хода часов аналогично различию между значениями координат ????????' и ???????? в двух эвклидовых системах. В эвклидовой геометрии инвариантом является длина стержня, получаемая из значений координат его концов в любой системе. В лоренцевой геометрии инвариант — это интервал между двумя событиями, получаемый из результатов наблюдений в любой инерциальной системе отсчёта.

Рис. 141.

в) См. рис. 141. Точки, для которых ????'=0, не все имеют координату ????=0. Подобным же образом, не все события, происшедшие при ????'=0, будут иметь координату ????=0. ▲

13. Лоренцево сокращение. II

Сосредоточим своё внимание на следующих двух событиях: прохождении концов метрового стержня через начало пространственных координат лабораторной системы. В системе отсчёта ракеты эти события разделены расстоянием минус один метр (минус потому, что лаборатория в системе отсчёта ракеты движется в отрицательном направлении оси ????) и временем, равным (1 м)/(относительная скорость):

Δ

????'

=-

1

м

.

Δ

????'

=

1 м

β????

.

В лабораторной системе оба события происходят в одном и том же месте, но разделены отрезком времени Δ???? который по условию задачи следует положить равным ????/(относительная скорость), где ???? —«длина» метрового стержня, измеренная таким путём в лабораторной системе отсчёта. Подставляя эти величины в формулы преобразования Лоренца (16), выразим Δ???? через относительную скорость:

Δ

????

=

????

β????

=

β????(-1 м)+(1 м)/β????

√1-β????²

.

Отсюда

????

=

√

1-β

????

²

м

,

что и соответствует лоренцеву сокращению, наблюдаемому в лабораторной системе [формула (38)]. ▲

14. Замедление хода часов. II

Согласно условию задачи, Δ????'=0, а Δ????'≠0. Расстояние между двумя событиями в лабораторной системе отсчёта можно вычислить по формуле преобразования Лоренца

Δ

????

=

0

+

Δ

????'

sh

 

θ

????

.

От нас требуется «измерить» время, прошедшее между этими событиями в лабораторной системе, разделив полученное выше расстояние на скорость движения обеих систем друг относительно друга:

Δ

????

=

Δ????

β????

=

Δ????

th θ????

=

Δ

????'

ch

 

θ

????

Это и есть формула, описывающая замедление хода часов (44). ▲

15. Формулы преобразования Лоренца со временем в секундах

Просто подставим в формулы (37) ????=????сек/???? и β????=????????/????. Обратные преобразования [(36) или (16)] примут тогда вид

????

=

????'

ch

 

θ

????

+

????????

сек

'

 

sh

 

θ

????

????'+???????? ????сек'

√1-(????????/????)²

,

????

сек

'

+

????

????

????'

????

сек

 

=

????'

sh

 

θ

????

+

????

сек

'

 

ch

 

θ

????

=

????²

,

????

√

1-(????

????

/????)²

▲

16. Вывод формул преобразования Лоренца

Из первого предположения следует условие ????+????=????+????, из второго — условие ????-????=????-????, а третье предположение даёт β????=????/????. В совокупности из полученных трёх условий найдём ????/????=1, ????/????=????/????=β????. Подставляя эти значения коэффициентов в исходные формулы для ???? и ????, запишите условие инвариантности интервала. Отсюда следует ????=(1-β????²)⁻¹/². Полученные формулы преобразования совпадают с (16). ▲

17. Собственная длина и собственное время

а) Направьте ось ????' вдоль линии, соединяющей рассматриваемые события в лабораторной системе отсчёта. Сделайте предположение, что существует такая система отсчёта ракеты, в которой оба события происходят одновременно. Тогда преобразование Лоренца даёт

Δ

????'

=

0

=-

Δ

????

sh

 

θ

????

+

Δ

????

ch

 

θ

????

,

откуда

sh θ????

ch θ????

=

th

 

θ

????

=

β

????

=

Δ????

Δ????

<

1.

Так как отношение Δ????/Δ???? меньше единицы, относительная скорость наших систем также меньше единицы, что подтверждает правильность предположения о существовании данной системы отсчёта ракеты. Из факта инвариантности интервала следует

(

Δ

????)²

-

(

Δ

????)²

=

(

Δ

????')²

-

0²

=

(

Δ

σ)²

,

так что расстояние между событиями в системе отсчёта ракеты равно собственному расстоянию между этими событиями.

б) Снова направьте ось ???? вдоль линии, соединяющей рассматриваемые события в лабораторной системе отсчёта. Сделайте теперь предположение. что существует такая система отсчёта ракеты, в которой оба события происходят в одном и том же месте. Тогда

Δ

????'

=

0

=

Δ

????

ch

 

θ

????

-

Δ

????

sh

 

θ

????