Question

关于狭义相对论尺缩效应的疑问

有个例子是：坐在爱因斯坦火车上（就是速度很大的火车上）看路边正方形的牌子会变成矩形。

这个例子中，车上的人看到的牌子的样子是不是牌子的真实的样子呢？或者说牌子真实的样子只是相对的样子？如果这个人把牌子拿在手中，那么牌子必定是正方形的吧。那是不是说矩形牌子的样子只是看到的？按狭义相对论来说，牌子是矩形的也对，是正方形的也对，只是参考系不同。那牌子相对于牌子本身是什么形状的呢？

还有，牌子的质量怎么变化？假设车不动，牌子相对车来说速度很大，没错吧。可以说牌子体积跟原来比变小了么？或是说密度变大了？质量不是绝对的，根据质量转换，牌子跟静止时比质量变大了，但怎么形状变小了？

初学狭义相对论，问题可能很幼稚，多多包涵。

Answer 1

第一个问题，在狭义相对论的范畴下，本身就没有绝对的说法，只可以说，在相对静止的惯性系中，你看到的牌子是方的。
第二个问题,相对论性质量实际上包含了静质量和动质量两部分，静质量就是低速宏观条件下经典力学的质量，而动质量在高速情形下会变得比较显著；我们都知道经典力学中有物体的动能概念，而在相对论中物体的动能是物体总能的一部分，而物体的总能与物体的总质量是对应的,因此在高速情形下，物体的动能所对应的动质量大小为：m(动)=m(总)-m(静),在低速情形下近似有：m(动)～m(静)v^2/(2c^2).
在广义相对论中，在任何坐标系下物体的惯性质量都等于引力质量，因此引力质量与惯性质量一样在不同的坐标系下具有不同的大小。

Answer 2

确实，尺缩效应是由于惯性系的不同而产生的观测体系的不同导致的。
但你不能简单的理解为只是看上去短，而且相对论与牛顿体系是格格不入的：他们的时空观有着本质的区别，牛顿相信（由于他所处时代的限制他也无法不相信）绝对时空的存在，即在宇宙遥远的深处有一个绝对静止的静止参考系（以太），世界上所有事物的时间都是以这个绝对静止的静止参考系为准。但相对论认为所有的惯性系都是平权的，不同的惯性系有不同的时间惯性系的变换有洛伦兹矩阵确定。
故牛顿理论是无法解释相对论的同时性，二体系有根本上的矛盾，这是要清醒的认识的。
说的稍微深入一些，牛顿体系是满足协变的，但高速就出了问题，而相对论是满足所有的协变关系，故相对论在低速情况下蜕变为牛顿体系。
更深入的介绍相对论只能等你学完度规张量后才能跟你讲，不过你要记住，狭义相对论的精髓不是高中所讲的洛伦兹的那几个变换。

Answer 3

在相对静止的惯性系中第一个问题，只可以说：m(动)～m(静)v^2/,相对论性质量实际上包含了静质量和动质量两部分，因此引力质量与惯性质量一样在不同的坐标系下具有不同的大小，物体的动能所对应的动质量大小为，而在相对论中物体的动能是物体总能的一部分，静质量就是低速宏观条件下经典力学的质量.
在广义相对论中;(2c^2),在低速情形下近似有，你看到的牌子是方的；我们都知道经典力学中有物体的动能概念。
第二个问题,因此在高速情形下：m(动)=m(总)-m(静)，而动质量在高速情形下会变得比较显著，而物体的总能与物体的总质量是对应的，本身就没有绝对的说法，在狭义相对论的范畴下，在任何坐标系下物体的惯性质量都等于引力质量

Answer 4

牌子相对于牌子本身是正方形的，也就是说牌子的“固有形状”是正方形的，相对于与牌子相对静止的参照系都是正方形的，而在与牌子相对运动的参照系中将显示成矩形，但一旦火车相对牌子静止下来，看到的又会是正方形了。
牌子的静止质量作为其“固有质量”，在相对运动的参照系中由于相对论性动能的存在而表现出变大的运动质量，而其表现出的体积则变小，故可以认为其相对密度变大，是牌子“固有密度”的 1/(1-v^2/c^2)倍.
钟慢尺缩是一种相对运动的测量效应，而质量变化是一种相对运动的动力学效应，质量不仅仅是物质自身的静态、封闭属性，更是物质本身与外界事物关联程度的度量，这种关联程度在不同运动状态的的参照系中表现出的强弱不同，其实反映了物质与这种运动状态参照系中的物质之间的相互关联度。一般而言，质量表现的越大，说明物质对环境的影响越大，故其引力效应越强，而惯性越大，自身状态需要越大的能量动量才能改变。
而物质本身是确定的，具有不变的“固有质量”，把它静止到任何参照系中，它与这种相对静止的参照系中的事物的关联度都是那么大；而相对运动不同时，它所表现出的与相对运动参照系中的事物的关联度则不同，即其相对运动质量不同。
希望以上阐释能帮助你理解。

Answer 5

看到的现象,不等于物理真实,这个我们早就有所认识了,带着这个逻辑去审视爱因斯坦的相对论推导,就应该看出问题.

你看过普适相对论的理论没有?百度的倒相对论词条,去看看吧,兼听则明.