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如何用最简单的方法得出相对论时间膨胀公式

科学探索万象经验2023-05-08

狭义相对论有两个重要的假设:相对性原理和光速不变原理,我们将从这些原理出发,设计一个思想实验,来推导时间膨胀公式。

在火车上的人们,看到激光是直上直下的,他们算得整个过程所花费的时间是Δτ=2d/c。但是,在火车之下的地面观察者,由于火车的运动,他们看到的光线呈锯齿状,斜向上发射而后斜向下反射。假设地面观察者测得的时间间隔为Δt,根据光速不变原理和勾股定理,我们可以得到如下公式:

广义相对论也有两个重要的基础:广义相对性原理和等效原理,其中等效原理在我们下面的推导中非常重要。简单来说,等效原理表明,均匀引力场中的静止参考系与具有适当加速度的加速运动参考系等价。最著名的例子就是电梯思想实验,以加速度g上升的电梯,里面的人是分不清自己静止在地球表面还是在太空中加速。