Co to jest skurcz długości?

Skurcz długości odnosi się do zjawiska, w którym obiekt jest postrzegany jako krótszy wzdłuż wymiaru jego ruchu przez obserwatora, gdy obiekt jest w ruchu względem tego obserwatora. Nazywa się to również skurczem Lorentz lub skurczem Lorentza - Pitzgeralda po fizykach Hendrik Lorentz i George Fitzgerald. Im szybciej obiekt porusza się w stosunku do obserwatora, tym bardziej będzie się kurczy z perspektywy obserwatora. Efekt ten jest tak mały, że jest nieznaczny przy prędkościach, że ludzie prawdopodobnie napotkają w życiu codziennym, ale w obiektach poruszających się z znaczącą ułamkiem prędkości światła staje się bardziej zauważalny.

Zjawisko skurczu długości jest konsekwencją specjalnej względności. Zgodnie z teorią względności prędkość światła w próżni (około 300 000 kilometrów lub 186 000 mil na sekundę) lub C, jest zawsze stała dla wszystkich obserwatorów. Przeciwnie, pozostaje to przypadkiem światła emitowanego ze źródła, które przesuwa się z pErsyvive obserwatora.

Załóżmy, że obiekt zostaje uruchomiony w kierunku podróży z statku kosmicznego poruszającego się z prędkością 5 kilometrów na sekundę (KPS) w stosunku do Ziemi, napędzając go od statku przy 1 kps. Obserwator na statku postrzega go jako odejście z 1 kps, podczas gdy obserwator na Ziemi dostrzega, że ​​porusza się przy 6 kps. Jeśli zewnętrzne światło na statku zostanie włączone, obserwator na statku wykryje światło odchodzące od statku w C, ale obserwator na Ziemi również dostrzega światło poruszające się w C, a nie C plus prędkość statku.

W rezultacie dokładny moment, w którym światło statku dociera do danego miejsca, będzie się różnić dla różnych obserwatorów w zależności od ich prędkości w stosunku do statku kosmicznego. W związku z tym nie zgadzają się, jakie inne zdarzenia miały miejsce w tym samym momencie. Nazywa się to względnością jednoczesności.

jak tJego odnosi się do wykrytej długości obiektu, jest powszechnie wyjaśniany w następującym eksperymencie myślowym. Wyobraź sobie rząd zsynchronizowanych zegarów, w których każdy zegar może mierzyć, gdy przed nim przechodzi lewy i prawy koniec ruchomego obiektu. Po tym, jak obiekt przechodzi obok rzędu zegarów, obserwator może określić jego długość, obliczając odległość, dwa zegary musiałyby być od siebie dla prawego końca obiektu, aby dotrzeć do jednego zegara w tym samym momencie, gdy lewy koniec dociera do drugiego zegara.

Dwóch obserwatorów udostępniających ramkę odniesienia uzgodni długość. Ponieważ pomiar opiera się na tym, które zdarzenia występują jednocześnie, obserwatorzy w ruchu względem siebie nie zgadzają się na długość. Im większa prędkość obserwatora w stosunku do zegarów, tym bardziej ich pomiary będą różnić się od wspomagania obserwatora w spoczynku w stosunku do nich.

Wpływ skurczu długości rośnie przy wyższych prędkościach. Obiekt poruszający się o 0,05 ° C (5 procent prędkości LIght), około 14 990 kilometrów (9 314 mil) na sekundę, wydaje się być bardzo lekko skrócony do stacjonarnego obserwatora - około 99,87 procent jego długości w spoczynku, jeśli jest zorientowany równolegle do linii jego ruchu. Długość obserwowana przez obserwatora zawiera 97,79 procent jego długości w spoczynku na 0,2 ° C, 91,65 procent przy 0,4 ° C i 71,41 procent przy 0,7 ° C. Przy 0,9 ° C wykryta długość obiektu jest zmniejszona do 43,58 procent, a przy 0,999 ° C kontraktowa do zaledwie 4,47 procent. Bliżej skurczu C rośnie jeszcze bardziej ekstremalnie, chociaż długość nigdy nie kurczy się z zero.

Jeśli jest obserwator podróżujący z obiektem, ten obserwator nie postrzega obiektu jako kontraktowania, ponieważ z jego perspektywy względna prędkość obiektu wynosi zero. W ramce odniesienia tego obserwatora obiekt jest stacjonarny, podczas gdy reszta wszechświata jest w ruchu w stosunku do obserwatora, a więc z perspektywy tego obserwatora, reszta wszechświata się kurczy.

Zmiana zmierzonej długości obiektu podlegającego skurczu długości różni się od tego, jak obiekt faktycznie pojawiłby się wizualnie, jak widać ludzkie oko lub aparat, ponieważ obiekt poruszający się wystarczająco szybko, aby wytworzyć zauważalny skurcz długości, zmierza ze znacznym odsetkiem prędkości własnego światła. Przy takich prędkościach fotony emitowane z różnych części obiektu w tym samym czasie dotrą do obserwatora w znacznie różnych momentach, zniekształcając wizualny wygląd obiektu. Zatem obiekt poruszający się w kierunku obserwatora z dużą prędkością byłby zniekształcony, tak że faktycznie wydawałby się dłuższy do kontroli wizualnej pomimo skurczu długości. Obiekt odchodzący od obserwatora wyglądałby krótszy z powodu tego samego efektu opóźnienia, na podstawie faktycznego skurczu długości, a obiekt przechodzący obok obserwatora wydawałby się być chumany lub obrócony.