基于同时的相对性对钟慢尺缩效应的再认识

同时的相对性、钟慢效应和尺缩效应是狭义相对论时空观的主要内容.鉴于同时性是时空测量的基础,本文从同时的相对性出发详述了对钟慢效应和尺缩效应的再认识:钟慢效应是运动时钟走时率变慢和校表问题的综合表现,其实质是同时的相对性在时间量度上的直接反映;尺缩效应的实质是同时的相对性在空间量度上的反映,也是不同观测者对同一客观事实的不同时空描述.     

狭义相对论中同时性的研究

本文对狭义相对论中＂同时性＂的基础和＂尺缩钟慢＂效应的本质进行了深入探讨.＂绝对同时＂和＂绝对静止＂一样是不存在的,＂同时＂和＂静止＂都具有相对性.以此为出发点,本文对一个不能直接应用＂尺缩钟慢＂效应解决的物理问题进行了深入研究.结果表明只要找到与正在发生的事件始终保持相对静止的惯性参考系,我们就可以引入＂固有时间＂的概念,再结合＂尺缩钟慢＂效应得到相应事件相对于地面参考系的时间变化规律.     

等效原理与双生子问题

爱因斯坦等效原理是广义相对论的基石,引力场的钟慢效应和引力红移效应是等效原理的两个基本推论;双生子问题属于狭义相对论的范畴.等效原理与双生子问题间的联系在相对论的教学中常被忽视.文章基于爱因斯坦等效原理,将匀加速系统与一个均匀引力场等效起来,详细地推导出引力场的钟慢效应,并证明了与之本质相同的引力红移效应;最后根据等效原理的这些基本推论在广义相对论框架下讨论了双生子问题,并用一个清晰的物理图像给出了双生子问题的广义相对论解释.     

全球定位系统(GPS)的相对论修正

讨论对全球定位系统(GPS)中卫星钟与地面钟的相对论修正,指出一天下来,卫星钟比地面钟的走时率要快约38μs,在这段时间内,光走过约11km的距离,若不作修正,则结果是没有实用意义的.此外,进一步分析指出,运动效应使卫星钟比地面钟一天走慢约7μs;引力效应使卫星钟比地面钟一天走快约45μs.     

谈狭义相对论时空理论教学——大学物理课程讲授狭义相对论之我见

依据狭义相对论基本原理和物理事例,导出钟慢、尺缩效应和同时相对性,再以此为据导出洛伦兹变换.     

哪一个钟慢了?--关于相对论中钟慢效应的进一步讨论

通过例子阐明狭义相对论中钟慢效应是相互的道理。     

单光子晶体界面介质波导中的慢光效应

研究了单光子晶体界面介质波导中的慢光效应.芯层-空气层界面的全内反射效应以及光子晶体基底的禁带效应共同形成了对光场能量的横向约束.用基于超元胞的平面波展开法计算得到了导模色散曲线,并据此对其色散、群速以及群速色散性质做了详尽分析.由于利用了色散曲线慢光区域内拐点附近低群速色散的部分,该单光子晶体界面介质波导具有良好的慢光特性.对两个不同导模计算得到的平均群速分别为c/98和c/376,可用相对频带宽度分别达到2.1×10-3和4.1×10-4.另外,该慢光结构可以侧向耦合的方式克服光子晶体慢光波导耦合困难的缺点.     

《从零学相对论》连载⑦ 第4讲 趣味运动学效应

§4.1尺缩效应和车库佯谬稍微接触过狭义相对论的人都听说过尺缩、钟慢等饶有兴味的效应.当你进一步听到"双生子悖论"和"车库悖论"时,除了觉得更加有趣之外,还会平添许多疑惑和不解.其实,只要思维清晰,利用洛伦兹变换就可把这些效应解释清楚.不过,对于某些问题(特别是"双子悖论"),在听完用洛伦兹变换的     

闵氏时空图在相对论教学中的应用

将闵科夫斯基二维时空图应用于大学物理课程中的相对论教学,直观地揭示了狭义相对论时空观以及"尺缩钟慢"效应与"同时的相对性"的内在联系.     

卫星上的钟——兼谈参照系的选择

 通过前文(本刊2012 年第3 期第50 页《现代物理知识》)对卫星上的钟与地面钟的比较,朋友们已经看到这两只原来已校准的钟之所以示数出现差异的两种原因：一是“动钟变慢”的狭义相对论效应,二是“重钟变慢”的广义相对论效应.     

声子辅助的电磁感应透明和超慢光效应的研究

在对激子不作任何近似的条件下，对强耦合激子-声子系统中光的线性极化率进行了理论计算，证明了当信号光场频率与激子频率的失谐量等于光学声子的频率时，会出现电磁感应透明现象和超慢光效应.并且与对激子作Dyson-Maleev变换近似和玻色近似的结果进行比较，发现对激子无论是否作近似对产生电磁感应透明现象和超慢光效应都没有实质的影响. 关键词： 量子光学 电磁感应透明 激子 声子     

椭圆锥钟声辐射的指向特性

在对编钟的振动方式,声频谱,隧、鼓旁音频率和钟的形状的关系等问题的研究基础上,又对编钟声的指向性作了模型实验。 实验是用几个椭圆锥模型钟做的,钟都是椭圆截面形状,所得结果基本相同。钟声指向性在接近钟开口平面内最强,在远离这一平面时指向性逐渐减弱。图1到图4中的实线为在钟开口平面内的指向性实验结果。     

从晕中子核引起核反应中提取对称势

利用同位旋相关量子分子动力学理论研究了中子晕核引起核反应机制中重要的同位旋效应以提取对称势. 因为同位旋相关量子分子动力学理论中的相互作用和介质中核子-核子碰撞截面都灵敏地依赖于碰撞系统的密度分布, 本项研究工作基于中子晕核扩展的密度分布. 该密度分布包含了反应机制中同位旋效应和疏散内部结构的平均特征. 为了弄清楚晕核引起核反应机制的同位旋效应, 在完全相同的入射道条件下, 比较了由中子晕核炮弹引起的同位旋效应和由相等质量的稳定核炮弹引起同位旋效应. 结果发现中子晕核炮弹引起的发射中子-质子比和同位旋分馏比明显大于相等质量稳定弹核产生的结果. 因而可以通过理论结果与实验数据的系统比较提取对称势.     

关于狭义相对论同时性问题

长期以来,在有关狭义相对论的讨论中比较重要的一个基本问题,就是光速各向同性的假设是否为实验证实和是否能够用实验证实的问题.为了讨论这个问题,我们先说明如何测量一个质点沿某给定方向的运动速度(简称单向速度), 要确定一质点的单向速度,就要确定该质点通过给定距离AB所花费的时间t_(AB),这就需要使用两只钟计时,一只钟位于A点,另一只位于B点.但是,要使这两只钟的读数之差t_B一t_A“确实”代表t_(AB),就必须事先用某种手段使它们对准.用什么手段来校准不同地点的钟呢?这个问题就是所谓的不同地点的同时性问题.早在1905年,爱因斯坦…     

DSP(数字信号处理)在高频信号检测中的应用开发

利用约瑟夫森效应获取电磁信号的频谱信息是超导电子学的重要应用之一.为了解决高频信号频谱检测系统数据采集慢、体积庞大的问题,开发了基于DSP芯片的数据采集及处理系统.研究了系统硬件的搭建和相关程序的开发.用其检测98 GHz高频信号,并与HP34401数字万用表采集的结果进行了比较.使得系统更加小型化、集成化、硬件结构简单.     

相对论中的时空观念

“客观过程的发展是充满着矛盾和斗争的发展,人的认识运动的发展也是充满着矛盾和斗争的发展.”十九世纪末,廿世纪初,物理学面临着理论与实践的尖锐矛盾.矛盾的一个重要方面,就是牛顿的时空概念和时空理论不能解释光学和电磁学实验.牛顿时空理论实质上是建立在“尺不变”、“钟不变”以及“瞬时对钟讯号”这些假定的基础之上的.从这些假定出发,不同惯性系之间的时空坐标的联系就是伽利略变换.但迈克尔逊-莫雷实验,光源的多普勒效应等一系列的实验动摇了牛顿时空理论的基础.当时摆在人们面前的迫切任务,就是根据光学、电磁学的最新实验事实,…     

流体-镀层基底界面波的传播特性

理论分析了脉冲激光激发的流体-分层固体结构声场,在此基础上数值计算了流体-慢层快底固体和流体-快层慢底固体结构液-固界面Scholte波的频散特性与瞬态响应.数值结果显示,对于流体-慢层快底结构,Scholte界面波呈现出正常频散特性;而对于流体-快层慢底结构,Scholte波在较小的频厚积范围呈反常频散特性.理论瞬态信号也显示了同样的特性.采用脉冲激光激励,用水听器接收的方式进行了Scholte界面波的实验测量.实验测量和分析结果与理论结果有很好的一致性.此工作可为水浸检测条件下镀层与薄膜材料参数的超声无损表征、海底沉积物参数反演等应用提供理论基础.     

增益对一维周期结构慢光传输特性影响

本文以一维周期结构为例,对增益与慢光之间的影响做了更进一步的深入研究. 研究发现,增益对有限长和无限长一维周期结构中的慢光效应具有不同的影响. 对无限长结构,增益的加入会减弱结构的慢光效应. 而对于实际应用中存在的有限长周期结构,增益补偿在一定情况下会增强其慢光效应. 文章的研究对促进周期结构作为慢光器件尤其是作为可调谐慢光器件在高密度光子集成中的广泛应用具有积极意义. 关键词： 增益 慢光效应 一维周期结构 有限长     

相对论动尺动钟效应举例(摘要)

正在相对论教学中,通过牛郎织女的故事,从各个角度来说明相对论的动尺变短效应和动钟变慢效应.这个例子将有助于同学们加深对相对论的理解,并且掌握动尺变短效应和动钟变慢效应.     

《时间旅行》的课堂引入与相对论解析

科教片《与霍金一起了解宇宙》之《时间旅行》从物理理论出发,通过假想实验和真实证据讨论了人类实现"时间旅行"的途径,非常适合相对论教学的课堂引入.本文根据相对论对其内容进行了深入分析和数据推证,并以片中环绕黑洞飞行和GPS为例探讨了强、弱引力场改变时间流速的计算方法,证明了弱场条件下可以直接利用狭义相对论时间膨胀和广义相对论引力钟慢效应的定量公式,其综合效果近似等于这两者结果的简单相加.