为什么不同参考系单位时间秒长不一样呢?单位秒长不一样源起于现代秒长的定义,国际单位秒的定义为:
铯_133 原子基态的两个超精细能级间跃迁对应辐射 9192631770 个周期的持续时间。虽然后来界定了一些附加
条件,如海平面、非扰动,但由于复现条件的困难,在实际计时操作中,实际上把任何条件下铯_133 原子基态
的两个超精细能级间跃迁对应辐射 9192631770 个周期的持续时间都作为 1 秒处理。如果光速不变,频率不变,
这样做当然没什么问题,问题是光速是变的、频率是变的,频率变意味着周期变,即周期的时间长缩发生了改
变。假如仍以振荡 9192631770 个周期持续的时间为 1 秒,则秒长显然不是一样长的。秒长长的,钟走得慢,读
数小;秒长短的,钟走得快,读数大。这就是所谓的钟慢效应。显然造成钟慢效应的直接原因是单位时间标准
秒长的不统一,各自用了各自的秒长标准,根本不是什么“时间膨胀”。
上面我们定性地知道了钟慢效应产生的机理,下面我们着手解决怎样进行钟慢效应定量计算问题。要计算
物体在某处某运动状态下的钟慢效应值,关键是计算出物体在该处该运动状态下发射的光速值。这里所说的光
速是内在光速,是按机械能转化与守恒定律计算出来的光速。不管光的传播速度(传播光速)可不可变,内在
光速一定是可变的,否则无法在经典物理学理念下进行钟慢效应计算。
钟慢效应与光速相关联,下面根据机械能转化与守恒原理推导光速计算公式。
从能量转化与守恒定律出发,先从最简单的情形开始,设想地球静止不动(不自转),有一光子从地面垂直
向上发射,根据能量转化与守恒原理,光子在地面处的动能要等于其在空中某点处的动能与在该点相对地面势
1
2
1
2
2
2
mc = mc +mgh
能之和。即:
。
dj
kj
m
c
式中 :光子质量; :地球不自转状态下地面发射的光速; :空中某点处的内在光速; :空中某
c
h
dj
kj
h = r −r
r
, :空中某点处到地心的距离, :地面点到地心的距离; :地空之间重力
r
点处到地面的距离,
g
2
1
2
1
GM
r2
g
g
g = g g
g =
加速度的平均值,
,
d :地面处的重力加速度, k :空中某点处的重力加速度。
,根据
d
k
c02
ck2
Gd M
GkM
g =
g =
G =
Gd
c
G
物理定律上的相对性原理,
,
,而
, :地面处光速, d :地面处万有引
d
k
k
0
r2
r 2
1
2
G
力常数, k :空中某点处的万有引力常数。
1
2
1
2
2
2
mc = mc +mgh
综上所述,将相关因子的计算式代入
式中,进行逐步计算和化简:
dj
kj
1
2
1
2
2
2
mcdj = mckj +mgh
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