Научно-исследовательский сайт Вячеслава Горчилина
2019-11-12
Все заметки/Единичное пространство
Сложение скоростей. Следствие для замедления времени
Ранее мы привели простое доказательство релятивистского сложения скоростей. Основываясь на нём мы можем получить глобальный вектор длины (GVL) при условии, что наши две точки движутся отностительно неподвижной системы координат \((\mathbf{i_0, i_1,\ldots ,i_n})\) прямолинейно и равномерно. Тогда GVL получается простым умножением GVV на время \(t\): \[\mathbf{L} = \frac{ct}{\gamma} \sum \limits_{n=0}^{\infty} \mathbf{j_n} \beta^n \qquad (2.1)\] Давайте снова упростим этот вектор свернув его по аналогии с (1.2): \[\mathbf{L} = \mathbf{j_0} \frac{ct}{\gamma} + \mathbf{j_1} l, \quad l = vt \qquad (2.2)\] где: \(l\) — длина, равная произведению скорости на время. Первое слагаемое в этой формуле представляется собой координату времени в движущейся первой точке: \[ct' = \frac{ct}{\gamma}, \quad t' = \frac{t}{\gamma} \qquad (2.3)\] где: \(t'\) — время в движущейся системе отсчёта (первой точке). Оно предстваляет собой классическое релятивистское замедление времени [1]. Давайте распишем \(\gamma\) для двух систем отсчёта, которые движутся друго относительно друга, исходя из формулы (1.10) предыдущей части этой работы: \[t' = \frac{t}{\gamma_1 \gamma_2 (1 - \beta_1 \beta_2)} \qquad (2.4)\] Развернём Лоренц-факторы и получим искомую формулу для замедления времени в двух, движущихся друг относительно друга, точек: \[t' = t \frac{\sqrt{1 - \beta_1^2} \sqrt{1 - \beta_2^2}}{1 - \beta_1 \beta_2} \qquad (2.5)\]
Частный случай
Рассмотрим частный случай, когда скорости двух точек равны: \[\beta_1 = \beta_2 = \beta_0 \qquad (2.6)\] Это можно представить в виде движущейся относительно неподвижной системы отсчёта (земли) платформы, по которой с той же скоростью движется автомобиль. Отсюда следуют два варианта: когда авто движется в обратную от платформы сторону, и когда авто движется в сторону платформы.
1 вариант. Авто движется в обратную от платформы сторону.
Тогда, подставив в формулу (2.5) общую скорость из (2.6), получим: \[t' = t \frac{1 - \beta_0^2}{1 - \beta_0^2} = t \qquad (2.7)\] Что и следовало ожидать: в этом случае, авто должно быть неподвижным относительно земли и никакого замедления времени наблюдаться не должно.
2 вариант. Авто движется в ту же сторону, что и платформа.
Тогда, подставив в формулу (2.5) общую скорость из (2.6), получим: \[t' = t \frac{1 - \beta_0^2}{1 + \beta_0^2}\qquad (2.8)\] Но, если бы первая точка двигалась относительно земли просто с удвоенной скоростью, то формула была бы такой: \[t' = t \sqrt{1 - 4\beta_0^2}\qquad (2.9)\] Эти формулы не рассматриваются в специальной теории относительности, а между тем, они должны представлять интерес для некоторых практических экспериментов.
 
Используемые материалы
  1. Википедия. Релятивистское замедление времени.