超级军网“光速潜艇”一定下沉——相对论：潜水艇佯谬被破解
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/05/04 14:05:36
虽然相对论已经创立快一百年了，但仍然存在着一些佯谬有待解决。最近George Matsas在物理评论D辑上发表了一篇文章解释了一个相对论佯谬——潜水艇佯谬。潜水艇佯谬假设一艘潜艇以接近光速运动，由于尺缩效应在岸上的观察者看来应该变得短些和密度大一些，所以它应该下沉。但是在潜艇上的人看来，应当是水的密度变大，所以潜艇应当上浮。相对论的专家们知道解决这个佯谬的关键在于理解接近光速运动参照系中重力场的特殊性质，但直到现在才有人详细地解决了这个问题。而且发现这个结果还与一个连爱因斯坦都没有预见的领域——黑洞热力学，有着深远联系。
在这个理想实验中，潜艇与水有相同的密度，在静止的状态既不会上浮也不会下沉。但是当考虑到相对论效应的时候，物体在以接近光速运动时会收缩，所以根据岸上的观察者，潜艇的密度会变大。但是相对论告诉我们，潜艇上观察到的事件与岸上观察到的应当是等效的。对于他们来说，潜艇是固定的，海洋（的水）是以更大的密度向后运动的。因此船员们会得出这样的结论：他们会上浮，但是他们的结论是错的。因为他们不只是看见海水快速运动，他们还看到一个以接近光速运动的重力场。显然，这个问题比看上去要复杂的多。
1989年，James Supplee曾用狭义相对论处理了这个问题，虽然他的解决方案中用了一些近似，但仍然解释了这个佯谬。由于狭义相对论不适用于包括重力场的问题，所以Supplee假设海洋（而不是潜艇）根据爱因斯坦等效原理做加速运动。等效原理说，物体在无重力场中做加速运动升降机中的运动，等效于物体在一个重力场中的运动，所以升降机中的物体会落下来。
在Supplee的近似中，潜艇上的人认为，虽然他们相对于海水潜艇是上浮的，但潜艇仍然会沉到海底。原因是在船员看来，海底不再是平坦的，由于广义相对论效应海底会发生弯曲而翘起来。当海水和变弯曲的海底达到潜艇时，海底平面逐渐升高，最后就碰到了潜艇。
巴西圣保罗大学的George Matsas现在考虑了重力场的存，并使用广义相对论的严格数学方法重新解释了这个佯谬。“根据广义相对论，快速运动的物体会携带额外的能量，而快速运动的场也会获得能量。对于潜艇来说，这个具有更多能量的场比静止的场有更大的向下拉的力。”悉尼麦考瑞大学的Paul Davies教授这样解释Matsas的理论。
令Supplee高兴的是，现在这个问题得到了更加完美的解决。他说：“Matsas已经完成了这项工作。”Matsas认为他的答案可能还会与黑洞有关。根据热力学第二定律，黑洞会辐射电磁场——即：霍金辐射，霍金辐射会对周围的物质形成“浮力”。根据Matsas的工作，一个围绕黑洞快速运动物体的浮力应当会变小。现在Matsas正致力于这个新问题的研究。虽然相对论已经创立快一百年了，但仍然存在着一些佯谬有待解决。最近George Matsas在物理评论D辑上发表了一篇文章解释了一个相对论佯谬——潜水艇佯谬。潜水艇佯谬假设一艘潜艇以接近光速运动，由于尺缩效应在岸上的观察者看来应该变得短些和密度大一些，所以它应该下沉。但是在潜艇上的人看来，应当是水的密度变大，所以潜艇应当上浮。相对论的专家们知道解决这个佯谬的关键在于理解接近光速运动参照系中重力场的特殊性质，但直到现在才有人详细地解决了这个问题。而且发现这个结果还与一个连爱因斯坦都没有预见的领域——黑洞热力学，有着深远联系。
在这个理想实验中，潜艇与水有相同的密度，在静止的状态既不会上浮也不会下沉。但是当考虑到相对论效应的时候，物体在以接近光速运动时会收缩，所以根据岸上的观察者，潜艇的密度会变大。但是相对论告诉我们，潜艇上观察到的事件与岸上观察到的应当是等效的。对于他们来说，潜艇是固定的，海洋（的水）是以更大的密度向后运动的。因此船员们会得出这样的结论：他们会上浮，但是他们的结论是错的。因为他们不只是看见海水快速运动，他们还看到一个以接近光速运动的重力场。显然，这个问题比看上去要复杂的多。
1989年，James Supplee曾用狭义相对论处理了这个问题，虽然他的解决方案中用了一些近似，但仍然解释了这个佯谬。由于狭义相对论不适用于包括重力场的问题，所以Supplee假设海洋（而不是潜艇）根据爱因斯坦等效原理做加速运动。等效原理说，物体在无重力场中做加速运动升降机中的运动，等效于物体在一个重力场中的运动，所以升降机中的物体会落下来。
在Supplee的近似中，潜艇上的人认为，虽然他们相对于海水潜艇是上浮的，但潜艇仍然会沉到海底。原因是在船员看来，海底不再是平坦的，由于广义相对论效应海底会发生弯曲而翘起来。当海水和变弯曲的海底达到潜艇时，海底平面逐渐升高，最后就碰到了潜艇。
巴西圣保罗大学的George Matsas现在考虑了重力场的存，并使用广义相对论的严格数学方法重新解释了这个佯谬。“根据广义相对论，快速运动的物体会携带额外的能量，而快速运动的场也会获得能量。对于潜艇来说，这个具有更多能量的场比静止的场有更大的向下拉的力。”悉尼麦考瑞大学的Paul Davies教授这样解释Matsas的理论。
令Supplee高兴的是，现在这个问题得到了更加完美的解决。他说：“Matsas已经完成了这项工作。”Matsas认为他的答案可能还会与黑洞有关。根据热力学第二定律，黑洞会辐射电磁场——即：霍金辐射，霍金辐射会对周围的物质形成“浮力”。根据Matsas的工作，一个围绕黑洞快速运动物体的浮力应当会变小。现在Matsas正致力于这个新问题的研究。
在这个理想实验中，潜艇与水有相同的密度，在静止的状态既不会上浮也不会下沉。但是当考虑到相对论效应的时候，物体在以接近光速运动时会收缩，所以根据岸上的观察者，潜艇的密度会变大。但是相对论告诉我们，潜艇上观察到的事件与岸上观察到的应当是等效的。对于他们来说，潜艇是固定的，海洋（的水）是以更大的密度向后运动的。因此船员们会得出这样的结论：他们会上浮，但是他们的结论是错的。因为他们不只是看见海水快速运动，他们还看到一个以接近光速运动的重力场。显然，这个问题比看上去要复杂的多。
1989年，James Supplee曾用狭义相对论处理了这个问题，虽然他的解决方案中用了一些近似，但仍然解释了这个佯谬。由于狭义相对论不适用于包括重力场的问题，所以Supplee假设海洋（而不是潜艇）根据爱因斯坦等效原理做加速运动。等效原理说，物体在无重力场中做加速运动升降机中的运动，等效于物体在一个重力场中的运动，所以升降机中的物体会落下来。
在Supplee的近似中，潜艇上的人认为，虽然他们相对于海水潜艇是上浮的，但潜艇仍然会沉到海底。原因是在船员看来，海底不再是平坦的，由于广义相对论效应海底会发生弯曲而翘起来。当海水和变弯曲的海底达到潜艇时，海底平面逐渐升高，最后就碰到了潜艇。
巴西圣保罗大学的George Matsas现在考虑了重力场的存，并使用广义相对论的严格数学方法重新解释了这个佯谬。“根据广义相对论，快速运动的物体会携带额外的能量，而快速运动的场也会获得能量。对于潜艇来说，这个具有更多能量的场比静止的场有更大的向下拉的力。”悉尼麦考瑞大学的Paul Davies教授这样解释Matsas的理论。
令Supplee高兴的是，现在这个问题得到了更加完美的解决。他说：“Matsas已经完成了这项工作。”Matsas认为他的答案可能还会与黑洞有关。根据热力学第二定律，黑洞会辐射电磁场——即：霍金辐射，霍金辐射会对周围的物质形成“浮力”。根据Matsas的工作，一个围绕黑洞快速运动物体的浮力应当会变小。现在Matsas正致力于这个新问题的研究。虽然相对论已经创立快一百年了，但仍然存在着一些佯谬有待解决。最近George Matsas在物理评论D辑上发表了一篇文章解释了一个相对论佯谬——潜水艇佯谬。潜水艇佯谬假设一艘潜艇以接近光速运动，由于尺缩效应在岸上的观察者看来应该变得短些和密度大一些，所以它应该下沉。但是在潜艇上的人看来，应当是水的密度变大，所以潜艇应当上浮。相对论的专家们知道解决这个佯谬的关键在于理解接近光速运动参照系中重力场的特殊性质，但直到现在才有人详细地解决了这个问题。而且发现这个结果还与一个连爱因斯坦都没有预见的领域——黑洞热力学，有着深远联系。
在这个理想实验中，潜艇与水有相同的密度，在静止的状态既不会上浮也不会下沉。但是当考虑到相对论效应的时候，物体在以接近光速运动时会收缩，所以根据岸上的观察者，潜艇的密度会变大。但是相对论告诉我们，潜艇上观察到的事件与岸上观察到的应当是等效的。对于他们来说，潜艇是固定的，海洋（的水）是以更大的密度向后运动的。因此船员们会得出这样的结论：他们会上浮，但是他们的结论是错的。因为他们不只是看见海水快速运动，他们还看到一个以接近光速运动的重力场。显然，这个问题比看上去要复杂的多。
1989年，James Supplee曾用狭义相对论处理了这个问题，虽然他的解决方案中用了一些近似，但仍然解释了这个佯谬。由于狭义相对论不适用于包括重力场的问题，所以Supplee假设海洋（而不是潜艇）根据爱因斯坦等效原理做加速运动。等效原理说，物体在无重力场中做加速运动升降机中的运动，等效于物体在一个重力场中的运动，所以升降机中的物体会落下来。
在Supplee的近似中，潜艇上的人认为，虽然他们相对于海水潜艇是上浮的，但潜艇仍然会沉到海底。原因是在船员看来，海底不再是平坦的，由于广义相对论效应海底会发生弯曲而翘起来。当海水和变弯曲的海底达到潜艇时，海底平面逐渐升高，最后就碰到了潜艇。
巴西圣保罗大学的George Matsas现在考虑了重力场的存，并使用广义相对论的严格数学方法重新解释了这个佯谬。“根据广义相对论，快速运动的物体会携带额外的能量，而快速运动的场也会获得能量。对于潜艇来说，这个具有更多能量的场比静止的场有更大的向下拉的力。”悉尼麦考瑞大学的Paul Davies教授这样解释Matsas的理论。
令Supplee高兴的是，现在这个问题得到了更加完美的解决。他说：“Matsas已经完成了这项工作。”Matsas认为他的答案可能还会与黑洞有关。根据热力学第二定律，黑洞会辐射电磁场——即：霍金辐射，霍金辐射会对周围的物质形成“浮力”。根据Matsas的工作，一个围绕黑洞快速运动物体的浮力应当会变小。现在Matsas正致力于这个新问题的研究。
根据爱因斯坦的相对论，从静止观察者的角度看，接近于光速运动的物体会发生缩短效应；但从如此高速运动的物体角度看，发生缩短效应的却是那静止的观察者。因为运动是相对的，从运动的物体上看，观察者是在接近光速地倒退。
可是，假如以这种概念分析正处于水面之下一点点、光速运动的潜艇就会得出一个悖论。站在某只锚定的船上，观察者将看到那艘潜艇在下沉，因为它的所有维度同时缩短，从
而密度增大。运动越快，下沉得就越严重。而理论上，潜艇艇员所看到的正相反：他们周围的水在高速倒退，浓缩起来，水的密度因此增加，从而潜艇获得更大的浮力，升出水面。
从相对性的角度看，这两个对立的观察点同样有效。那么，潜艇究竟会沉下去，还是浮上来？
巴西国立圣保罗大学的物理学家乔治·马察斯最近撰文分析此问题得出结论：潜艇会下沉。他利用了广义相对论把可弯曲时空的引力对不同参考系的影响也考虑进来，认为尽管从潜艇艇员的角度看，水的密度会增大，但他们同样会感受到引力增大，其幅度大于水密度增大导致的浮力增加值，从而产生一种纯向下的力，潜艇由此下沉。
这种解释说来并不是第一个。1989年，美国物理学家詹姆斯·萨普利就运用爱因斯坦较早提出的狭义相对论来阐释这一问题，他阐明了接近光速的运动会如何扭曲空间，但和广义相对论不同，狭义相对论的论断中并没有包括引力可弯曲空间的效应。萨普利当年也得出结论说潜艇会下沉，但他是相当主观地把引力这个因素加进去的。他说，潜艇会在加速运动中下沉，这是因为相对性扭曲了海底的形状，把潜艇下的海底往上抬。
马察斯的新解释就不需要这种主观的推断了。他还认为，同样的计算也许可以用于帮助解决其他科学上的疑难问题，例如分析描述封闭系统中的熵（无序度）必定越来越大的热力学第二定律是否在黑洞周围还成立。
可是，假如以这种概念分析正处于水面之下一点点、光速运动的潜艇就会得出一个悖论。站在某只锚定的船上，观察者将看到那艘潜艇在下沉，因为它的所有维度同时缩短，从
而密度增大。运动越快，下沉得就越严重。而理论上，潜艇艇员所看到的正相反：他们周围的水在高速倒退，浓缩起来，水的密度因此增加，从而潜艇获得更大的浮力，升出水面。
从相对性的角度看，这两个对立的观察点同样有效。那么，潜艇究竟会沉下去，还是浮上来？
巴西国立圣保罗大学的物理学家乔治·马察斯最近撰文分析此问题得出结论：潜艇会下沉。他利用了广义相对论把可弯曲时空的引力对不同参考系的影响也考虑进来，认为尽管从潜艇艇员的角度看，水的密度会增大，但他们同样会感受到引力增大，其幅度大于水密度增大导致的浮力增加值，从而产生一种纯向下的力，潜艇由此下沉。
这种解释说来并不是第一个。1989年，美国物理学家詹姆斯·萨普利就运用爱因斯坦较早提出的狭义相对论来阐释这一问题，他阐明了接近光速的运动会如何扭曲空间，但和广义相对论不同，狭义相对论的论断中并没有包括引力可弯曲空间的效应。萨普利当年也得出结论说潜艇会下沉，但他是相当主观地把引力这个因素加进去的。他说，潜艇会在加速运动中下沉，这是因为相对性扭曲了海底的形状，把潜艇下的海底往上抬。
马察斯的新解释就不需要这种主观的推断了。他还认为，同样的计算也许可以用于帮助解决其他科学上的疑难问题，例如分析描述封闭系统中的熵（无序度）必定越来越大的热力学第二定律是否在黑洞周围还成立。
不是很理解。。。。。:o
看不太懂,深奥