Hvad er længde sammentrækning?
Længde-sammentrækning henviser til et fænomen, hvor et objekt opfattes som kortere langs dimensionen af dets bevægelse af en observatør, når objektet er i bevægelse i forhold til den observatør. Det kaldes også Lorentz-sammentrækning eller Lorentz – Fitzgerald-sammentrækning efter fysikerne Hendrik Lorentz og George Fitzgerald. Jo hurtigere et objekt bevæger sig i forhold til observatøren, jo mere vil det trekke sig sammen fra observatørens perspektiv. Denne virkning er så lille, at den er ubetydelig ved hastigheder, som mennesker sandsynligvis vil støde på i dagligdagen, men i genstande, der bevæger sig med en mærkbar brøkdel af lysets hastighed, bliver den mere synlig.
Fænomenet længdekontraktion er en konsekvens af særlig relativitet. I henhold til relativitetsteorien er lysets hastighed i et vakuum (ca. 300.000 kilometer eller 186.000 miles pr. Sekund) eller c altid konstant for alle observatører. Modsat forbliver dette tilfældet for lys, der udsendes fra en kilde, der bevæger sig fra en observatørs perspektiv.
Antag, at et objekt lanceres i kørselsretningen fra et rumskib, der bevæger sig 5 kilometer i sekundet (KPS) i forhold til Jorden, og skyder det væk fra skibet med 1 KPS. En observatør i skibet opfatter det som at bevæge sig væk ved 1 KPS, mens en observatør på Jorden opfatter det bevæger sig ved 6 KPS. Hvis et eksternt lys på skibet er tændt, vil observatøren i skibet registrere det lys, der bevæger sig væk fra skibet ved c, men observatøren på Jorden vil også opfatte lyset, der bevæger sig ved c, ikke c plus skibets hastighed .
Resultatet er, at det præcise øjeblik, hvor skibets lys når en given placering, vil variere for forskellige observatører afhængigt af deres hastighed i forhold til rumskibet. Derfor vil de være uenige om, hvad andre begivenheder, der fandt sted på det samme tidspunkt. Dette kaldes samtidig relativitet.
Hvordan dette relaterer til et objekts detekterede længde, forklares almindeligvis i det følgende tankeeksperiment. Forestil dig en række synkroniserede ure, hvor hvert ur kan måle, når den venstre og højre ende af et bevægeligt objekt passerer foran det. Når et objekt bevæger sig forbi rækken af ure, kan en observatør bestemme dens længde ved at beregne afstanden to ure skal være fra hinanden for den højre ende af objektet for at nå et ur på samme øjeblik den venstre ende når den anden ur.
To observatører, der deler en referenceramme, vil blive enige om længden. Da målingen er baseret på hvilke begivenheder, der forekommer samtidigt, er observatører i bevægelse i forhold til hinanden dog ikke enige om længden. Jo større en observatørs hastighed i forhold til urene er, desto mere vil deres målinger afvige fra observatørernes hvile i forhold til dem.
Effekten af længdekontraktion vokser med højere hastigheder. Et objekt, der bevæger sig 0,05c (5 procent af lysets hastighed), ca. 14.990 kilometer (9.314 miles) i sekundet, ser ud til at være meget lidt forkortet til en stationær observatør - ca. 99,87 procent af dens længde i hvile, hvis det er orienteret parallelt til linjen i dens bevægelse. Den observerede længde sammentrækkes til 97,79 procent af dens længde i hvile på 0,2c, 91,65 procent ved 0,4c og 71,41 procent ved 0,7c. Ved 0,9c reduceres objektets detekterede længde til 43,58 procent og ved 0,999c sammentrækkes det til kun 4,47 procent. Nærmere til c-sammentrækningen bliver endnu mere ekstrem, skønt længden aldrig trækker sig til nul.
Hvis der er en observatør, der rejser med objektet, opfatter denne observatør ikke objektet som sammentrækkende, fordi objektets relative hastighed fra hans eller hendes perspektiv er nul. I den observatørs referenceramme er objektet stationært, mens resten af universet er i bevægelse i forhold til observatøren, og så fra den observatørs perspektiv er det resten af universet, der sammentrækkes.
Ændringen i den målte længde på et objekt, der gennemgår længdekontraktion, adskiller sig fra, hvordan objektet rent faktisk ville vises visuelt, som det ses af det menneskelige øje eller et kamera, fordi et objekt, der bevæger sig hurtigt nok til at frembringe en mærkbar længdekontraktion, bevæger sig med en betydelig procentdel af hastigheden i sit eget lys. Ved sådanne hastigheder vil fotoner, der udsendes fra forskellige dele af objektet på samme tid, nå observatøren på markant forskellige tidspunkter og fordreje objektets visuelle udseende. Således vil et objekt, der bevæger sig mod en observatør med en høj hastighed, blive forvrænget, så det faktisk ser ud til at være længere til visuel inspektion på trods af længde-sammentrækning. Et objekt, der bevæger sig væk fra observatøren, vil se kortere ud på grund af den samme tidsforsinkelseseffekt, oven på den faktiske længdekontraktion, og et objekt, der går forbi observatøren, ser ud til at være skrå eller roteret.