题目

为什么接近光速运动的物体看起来会变短?
如题,请尽量简单明了,但一定要说清楚
可是我问的不是密度啊，我问的是长度。请用高中生可理解的语言尽量详细的说说吧

提问时间：2020-08-08

答案

这个效应叫做尺缩效应.
从根本上说,尺缩效应产生的原因是空间和时间的同一性.更具体地说,以不同速度运动的物体,向对于它们而言,“同时”的概念是不同的.我们把记下尺头位置的动作称为A,把记下尺尾位置的动作称为B.在站在地面上的测量者看来,A、B两件事是同时发生的.然而对于与尺同时运动的测量者而言,这两件事却不是同时发生的,A先发生,B后发生.因此站在地面的人测出的并不是尺子的固有长度,而只是尺子的长度在他所处的同时面中的投影.因此要比实际的长度短
实际上,有运动,就会有尺缩效应.只不过这种效应极其微小,平时是难以察觉的.也因此,人们一直没有察觉到,时间和空间实际上是一体的,会相互影响.知道20世纪初,在对光的研究中,在发现了相关的迹象.并且由爱因斯坦揭示其了中的秘密.这一效应已被实验证实,是确实存在的
补充：
进一步解释的话,总之这是一种时空效应.如果能画图的话可能解释起来会更好理解.
这样说吧,一般我们的常识认为,一个像尺子这样的物体,它的长度在空间中是不变的.但是相对论发现,一把尺子,它的长度并不是在空间中永远不变,而是在时空中永远不变.
简单地说,在经典的观点下,假设我们测到的尺子头部的坐标是(x1,y1),尺子尾部的坐标是(x2,y2).那么计算它在空间中长度的公式是l^2=(x2-x1)^2+(y2-y1)^2；而且无论x1、y1、x2、y2怎么变,l是不变的
但是相对论创立后,人们发现,实际上l的不变性并不是绝对的,真正不变的是尺子在时空中的长度s.计算s的公式是s^2=(x2-x1)^2+(y2-y1)^2-(t2-t1)^2
在上式中,x1,y1,t1就是测量尺子头这一事件(A事件)发生的位置和时间,x2,y2,t2就是测量尺子头这一事件(B事件)发生的位置和时间.无论x1,y1,t1和x2,y2,t2怎么变化,s是永远不变的.
为了简化讨论,我们假设A发生在x,y,t都等于0的点上,且尺子只沿x方向放置和运动的情况.这样上式就简化成了
s^2=x^2-t^2
设在另一个参照系下测到的A事件发生的位置和时间也是0,而B事件发生的位置和时间是x'和t'
因为s恒定,所以有
x^2-t^2=x'^2-t'^2
假设x,t是站在地面上的观者1测到的,x',t'是与尺子一起运动的观者2测到的.
对于观者1而言,他认为对尺子首尾的测量是同时发生的,所以t=0
而在观者2的参照系中看来,这两件事并不是同时发生的,而是存在着时间差t'
所以有：
x^2=x'^2-t'^2
因为观者2与尺子是相对静止的.所以可以知道,观测者2测到的时尺子在静止时的长度
所以显然,地面上的观者测到的尺子长度要比尺子静止时的长度小一些.
而变小的部分t'^2则与运动的速度有关.这个运算关系推导起来也挺烦的,我就不细说了