专利名称：可使运动的钟不受爱因斯坦延缓影响的计时方法
技术领域：
本发明涉及一种可使运动的钟不受爱因斯坦延缓影响的计时方法。
背景技术：
狭义相对论是建立在相对性原理和光速不变原理假设基础之上的理论，爱因斯坦的基本假设要求用洛仑兹变换来替代伽利略变换。设K和K′为两个不同的惯性参照系中的坐标系，它们的x轴重合，y轴和z轴彼此平行，K′系以恒定的速度v沿它们的公共的x轴运动，当两坐标系的原点O和O′重合的时刻，取t＝t′＝0。两个参照系内都备有相对于本参照系静止的尺和钟，以便各自测定同一事件发生的空间位置和时刻。每个参照系中的时钟都是预先校好的。根据K系和K′系之间的洛仑兹变换，根据狭义相对论，同时性具有相对性，对于一个惯性系，不同地点的两件事是同时发生的，对于另一个惯性系，这两件事却不是同时发生的；在某一惯性系中为同一静止地点的两件事，其时间间隔在该惯性系中最短，在其它(事件为不同地的)惯性系中，它们的时间间隔都较长，这一相对论的运动学效应称为爱因斯坦延缓。爱因斯坦延缓有可能给在宇宙中以接近光速作高速长时间飞行的宇宙飞船的计时标准带来不利的影响，由于爱因斯坦延缓，宇宙飞船上的钟与地球上的钟之间标准计时的差距会愈来愈大，这种时差如果不能加以正确处理，就有可能影响宇宙飞船的安全运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种减少或消除在宇宙中作高速长时间飞行的宇宙飞船上的钟与地球上的钟之间的计时偏差，可使运动的钟不受爱因斯坦延缓影响的计时方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种可使运动的钟不受爱因斯坦延缓影响的计时方法，包括如下步骤(1)确定运动的钟的运动方向以及钟本身的计时运动零部件的运动方向；(2)根据所述钟的运动零部件的运动方向垂直于钟的运动方向固定步骤(1)所述的钟。
作为本发明的进一步改进，所述的钟为原子石英钟、机械钟。
本发明的可使运动的钟不受爱因斯坦延缓影响的计时方法，由于位于宇宙飞船上的钟本身运动零部件的运动速度相对较低，产生的爱因斯坦延缓可忽略不计，若根据钟的运动零部件的运动方向垂直于宇宙飞船的运动方向固定钟，则该时钟就会准确地显示出发地的固有时间，避免爱因斯坦延缓有可能给在宇宙中以接近光速作长时间飞行的宇宙飞船的准确计时带来不利的影响，由于宇宙飞船上的钟在与地球上的钟相对照时不产生爱因斯坦延缓，可有效地提高宇宙飞船的安全运行。
下面对本发明的可使运动的钟不受爱因斯坦延缓影响的计时方法作进一步详细地说明。
具体实施例方式
本发明的可使运动的钟不受爱因斯坦延缓影响的计时方法，它包括如下步骤(1)确定运动的钟的运动方向以及钟本身的计时运动零部件的运动方向；(2)根据所述钟的运动零部件的运动方向垂直于宇宙飞船的运动方向也即钟体的运动方向固定步骤(1)所述的钟。
所述的钟为原子石英钟、机械钟。
根据高等教育出版社于2001年1月出版的面向21世纪课程教材，同时也是普通高等教育“九五”国家级重点教材<电磁学>第六章可知，两个以速度V作沿x轴方向相对运动的三维坐标系K(x，y，z，t)和K′(x′，y′，z′，t′)之间的坐标变换，可根据洛仑兹空间坐标变换x′＝(x-vt)/(1-v2/c2)1/2，y′＝y，z′＝z；以及洛仑兹时刻坐标变换t′＝(t-vx/c2)/(1-v2/c2)1/2，得出。
相应地，洛仑兹空间坐标坐标的逆变换为x＝(x′+vt′)/(1-v2/c2)1/2，y＝y′，z＝z′；以及洛仑兹时刻坐标的逆变换t＝(t′+vx′/c2)/(1-v2/c2)1/2。
由于历史的原因，包括上述<电磁学>在内的绝大部分物理教科书都没有指出上述洛仑兹时刻坐标变换t′＝(t-vx/c2)/(1-v2/c2)1/2，以及洛仑兹时刻坐标的逆变换t＝(t′+vx′/c2)/(1-v2/c2)1/，实际上是为了使光速不变原理假设在x轴或x′轴方向上成立而推导出来的，对于K系和K′系之间在y轴或y′轴方向和z轴或z′轴方向上的时刻坐标变换，由于在推导公式的两端的相关参数被相互消除掉了，因此，上述时刻坐标变换t′＝(t-vx/c2)/(1-v2/c2)1/2。以及时刻坐标的逆变换t＝(t′+vx′/c2)/(1-v2/c2)1/对于y轴或y′轴方向和z轴或z′轴方向上的时刻坐标变换是否成立，应该另外予以明确验证。
为了使光速不变原理假设成立，K系和K′系之间的坐标变换在x轴或x′轴方向上必须符合洛仑兹变换，运动物体的长度在x轴或x′轴方向上会发生洛仑兹收缩(参见物理教科书)，请特别注意！由于K系和K′系之间在y轴或y′轴方向和z轴或z′轴方向上的空间坐标变换符合传统的伽利略空间坐标变换，即y′＝y，z′＝z，K系和K′系之间的坐标变换在y轴或y′轴方向和z轴或z′轴方向上符合伽利略空间坐标变换，为了使光速不变原理假设成立，在y轴或y′轴方向和z轴或z′轴方向上，就不能使用根据沿x轴或x′轴方向上通过推导得出的洛仑兹时刻坐标变换，也就是说t′＝(t-vx/c2)/(1-v2/c2)1/2或t＝(t′+vx′/c2)/(1/v2/c2)1/2的变换关系在y轴或y′轴方向和z轴或z′轴方向上不能成立！换句话说，(t-vx/c2)/(1-v2/c2)1/2中的v以及(t′+vx′/c2)/(1-v2/c2)1/中的v产生的坐标点变化不能影响y轴或y′轴和z轴或z′轴。在y轴或y′轴方向上和z轴或z′轴方向上的时刻坐标变换只需采用传统的伽利略时刻坐标变换就可使光速不变原理假设成立，即t＝t′。
为了使光速不变原理假设成立，K系和K′系之间的时刻坐标变换仅在x轴或x′轴方向上可采用洛仑兹时刻坐标变换，在y轴或y′轴方向和z轴或z′轴方向上则应采用伽利略时刻坐标变换。
根据洛仑兹时刻坐标变换x2′-x1′＝[(x2-x1)-v(t2-t1)]/(1-v2/c2)1/2(1)y2′-y1′＝y2-y1， (2)z2′-z1′＝z2-z1， (3)t2′-t1′＝[(t2-t1)-v/c2(x2x1)]/(1-v2/c2)1/2。
(4)根据(4)式，当x2＝x1，t2≠t1时，可有
t2′-t1′＝(t2-t1)/(1-v2/c2)1/2(5)当x2≠x1，t2＝t1时，则有t2′-t1′＝-v/c2(x2-x1)/(1-v2/c2)1/2(6)根据上述(5)、(6)两个公式我们这个时代认为同时性具有相对性，对于一个惯性系，不同地点的两件事(x2≠x1，t2＝t1时)是同时发生的，对于另一个惯性系，这两件事却不是同时发生的；在某一惯性系中(仅需在x轴上)为同一静止地点(坐标点)的两件事(当x2＝x1，t2≠t1时)，其时间间隔在该惯性系中最短，在其它(事件为不同地的)惯性系中，它们的时间间隔都较长，这一相对论的运动学效应称为爱因斯坦延缓。
但上述结论显然是忽视了另外两个坐标轴对事件性质的影响，如果不同地点的两件事的性质是x2＝x1，而y2≠y1或z2≠z1，同时t2＝t1时，根据(6)式，对于另一个惯性系，这不同地点的两件事同样可以是同时发生的，即t2′-t1′＝-v/c2(x2-x1)/(1-v2/c2)1/2＝0如果给某一高速运动的惯性系中的时钟选择一个理想的方向运行，即使钟本身的计时运动零部件的运动方向垂直于惯性系的运动方向，只要钟本身的计时运动零部件的运动速度很低，则时钟所反映出来的时间间隔将不会受高速运动惯性系的高速运动的影响，换句话说，只要计时方法得当，时间也可以是非常均匀的、几乎不变的，所谓的爱因斯坦延缓只不过是在惯性系的高速运动方向上才有，在垂直于惯性系的运动方向上则需采用传统的伽利略时空坐标变换。
事实上，只要利用相对论中的光速不变原理假设，很容易对y轴或y′轴方向和z轴或z′轴方向上洛仑兹时刻坐标变换是否成立进行验证，只不过物理教科书上的相关章节都忽略了这一点。现分析验证如下设K和K′为两个不同的惯性参照系中的坐标系，它们的x轴重合，y轴和z轴彼此平行，K′系以恒定的速度v沿它们的公共的x轴运动，当两坐标系的原点O和O′重合的时刻安放在O′处的光源自原点O和O′发光，取t＝t′＝0。两个参照系内都备有若干个沿不同方向安装的相对于本参照系静止的尺和钟，以便各自测定同一事件发生的空间位置和时刻。每个参照系中所有的时钟都是预先校好的。根据K系和K′系之间的洛仑兹变换，假设在y轴或y′轴方向和z轴或z′轴方向上采用沿x轴或x′轴方向上通过推导得出的洛仑兹时刻坐标变换，也就是说假设t′＝(t-vx/c2)/(1-v2/c2)1/2或t＝(t′+vx′/c2)/(1-v2/c2)1/2的变换关系在y轴或y′轴方向和z轴或z′轴方向上能成立，则由于y′＝y，z′＝z，光波沿y轴或y′轴方向和z轴或z′轴方向上的运动速度将不符合光速不变原理假设，根据洛仑兹变换x2′-x1′＝[(x2-x1)-v(t2-t1)]/(1-v2/c2)1/2， (1)z2′-z1′＝z2-z1，t2′-t1′＝[(t2-t1)-v/c2(x2-x1)]/(1-v2/c2)1/2。
(4)已知z2-z1＝(t2-t1)c，同时z2′-z1′＝(t2′-t1′)c，则将(1)、(4)两式带入可得z2′-z1′＝[(t2-t1)c-v/c(x2-x1)]/(1-v2/c2)1/2，因为z2′-z1′＝z2-z1＝(t2-t1)c，所以z2′-z1′≠[(t2-t1)c-v/c(x2-x1)]/(1-v2/c2)1/2，因此，光波沿y轴或y′轴方向和z轴或z′轴方向上传播的时刻坐标变换与x轴方向不同，即不能使用t′＝(t-vx/c2)/(1-v2/c2)1/2或t＝(t′+vx′/c2)/(1-v2/c2)1/2的变换关系确定光波沿y轴或y′轴方向和z轴或z′轴的位置。
本发明的可使运动的钟不受爱因斯坦延缓影响的计时方法可以用高速飞行的飞机先进行验证，在飞机上安装若干个高精度的时钟，每个时钟的安装方位都有所不同，先确定飞机的运动方向以及钟本身的计时运动零部件的运动方向；根据钟的运动零部件的运动方向，使其既有按垂直于飞机的运动方向固定的钟，也有按平行于飞机的运动方向固定的钟。所述的钟为原子石英钟或机械钟。通过观察每个时钟相对运行的快慢，即可得出正确的答案。
假设相对论中的时间变慢效应(爱应斯坦延缓)是一种与运动方向无关的、绝对的时间变慢，则在垂直于运动方向上，光速不变原理假设就不能成立。也就是说，要使光速不变原理假设成立，就必须承认相对论中的时间变慢效应(爱应斯坦延缓)是一种与运动方向有关的、相对的时间变慢。如果仅仅为了追求一种轰动效应，不顾事实地去迎合某些人的猎奇心理，而故意将时间变慢效应(爱应斯坦延缓)描述为种与运动方向无关的、绝对的时间变慢效应，显然不是一种科学的态度。
权利要求
1.可使运动的钟不受爱因斯坦延缓影响的计时方法，其特征在于包括如下步骤(1)确定运动的钟的运动方向以及钟本身的计时运动零部件的运动方向；(2)根据所述钟的运动零部件的运动方向垂直于钟的运动方向固定步骤(1)所述的钟。
2.按照权利要求1所述的可使运动的钟不受爱因斯坦延缓影响的计时方法，其特征在于所述的钟为原子石英钟、机械钟。
全文摘要
一种可使运动的钟不受爱因斯坦延缓影响的计时方法，它包括如下步骤确定运动的钟的运动方向以及钟本身的计时运动零部件的运动方向；根据所述钟的运动零部件的运动方向垂直于钟的运动方向固定钟。所述的钟为原子石英钟、机械钟。由于根据钟的运动零部件的运动方向垂直于钟的运动方向固定钟，可避免爱因斯坦延缓有可能给在宇宙中以接近光速作高速长时间飞行的宇宙飞船的准确计时带来不利的影响，由于宇宙飞船上的钟与地球上的钟之间可以不产生爱因斯坦延缓，可有效地提高宇宙飞船的安全运行。其目的是提供一种减少或消除在宇宙中作高速长时间飞行的宇宙飞船上的钟与地球上的钟之间的计时偏差，可使运动的钟不受爱因斯坦延缓影响的计时方法。
文档编号G04B17/00GK1399173SQ02129570
公开日2003年2月26日 申请日期2002年9月5日 优先权日2002年9月5日
发明者马龙 申请人:马龙