“观看”与“观测”在狭义相对论中的差异，本文主要内容关键词为：狭义相对论论文,差异论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在新一轮课程改革实施过程中，高中阶段由于学生初涉狭义相对论，容易混淆“观测”和“观看”这两个概念，甚至在有些按新课程标准编写的教材中，也混淆了这两个概念，从而使高中教师和学生对“观测”和“观看”的理解产生障碍。下面笔者就“观看”和“观测”的区别作了一些讨论。目的在于希望教师讲解狭义相对论的过程中，能够正确、清晰地表述这两个概念，使学生更深刻地理解相应的物理思想。
一、“观看”与“观测”的含义
“观看”指的是异地测量。“观看”时，观看者和测量对象之间有一定的距离，测量信息需要通过光的传播才能到达测量者，从而实现测量目的。“观测”指的是就地直接测量，就地直接测量时，所用的时钟处在测量现场，观察者也在测量现场，因此测量结果不需要用光作为信号传递到测量者，或者说测量结果被测量者获知中，光传播极短的距离所用的时间可以忽略不计。从以上“观看”与“观测”的界定，我们可以看出“观看”与“观测”的结果应该是不相同的，下面我们来通过具体情况讨论两者的差别。
二、对运动时钟进行“观测”和“观看”的差别
1.对运动时钟进行就地直接测量——观测的情况
静止坐标系S中沿着x轴遍布观察者和校准的时钟，在运动坐标系S′中有一只钟固定在其坐标系的原点，S′系相对S系沿x轴以速率v运动。 x轴和x′轴互相平行，开始时两坐标系的坐标原点 O、O′重合，此时为事件1（如图1所示），其就地直接测量的坐标和时刻在x轴和x′轴中的坐标分别是
。其后S′系中的时钟与S系中的另一时钟相遇，此为事件2（如图2所示），就地直接测量对应x轴和x′轴的坐标和时刻分别为 
，对于这两个事件由洛伦兹变换可得到
2.测量者沿时钟运动的方向观看测量运动的时钟
观看者处在如图3所示的S系中的O点来观看运动的时钟。S系和S′系坐标轴两两互相平行，且S′系以速率v沿S系的x轴正方向运动，S′系中的时钟相对于S′系静止。运动的时钟在某一时刻
发出光信号为事件1，对应于两个参考系的坐标和时刻分别为
由上述讨论可知：当v＞0时，
，即运动时钟背离观看者时，观看者会观看到运动的时钟变慢。当v=0时，我们会看到
，即相对静止的时钟的时间是绝对的，“观看”时间等于固有时，当然也等于“观测”的时间。从现象本身看，只要运动时钟远离观看者运动，观看者都应该看到时钟变慢的效应。因此得出的结论对运动时钟沿x轴正方向和负方向都成立。
如果时钟朝向观看者运动时，观看者看到运动的时钟是否变快呢？根据我们的假设：观看者仍位于坐标原点观察。同理可得
3.当观察者垂直于时钟运动方向观看时钟时，情况又怎样呢
坐标系情况与上面相同。假设观看者通过望远镜观察能看清楚时钟的指示时刻。观察者离时钟较远，且观察者前后两次看到时钟的时间间隔不太长时，则
两个时刻发出的光信号传播到观看者经过的距离l几乎相等。因此可以认为观察者在S系观看到的时间差τ和S′系中观测到的时间差
之间的关系是
即会看到时钟变慢，且与时钟相地于观看者朝哪个方向运动无关。此时情况与就地测量结果一样。
三、对运动直尺进行“观测”和“观看”的差别
1.测量者就地直接测量一一“观测”的长度又是什么情况呢
如图4所示，S系是静止的坐标系，运动的尺沿着x轴方向以速率。运动，并以该尺作为运动参考系S′，且x′轴的正方向与x轴的正方向相同。在图4中尺的尾端与A点对齐时，设为事件1，即 ；尺头与B点对齐时为事件2，即。根据狭义相对论的洛伦兹变换公式，有
即在S系中观测——就地直接测量运动直尺的长度l，该长度比原长
沿运动方向缩短了。这个结果与尺朝哪个方向运动无关，因为β的平方与速度方向是无关的。动尺缩短并不是动尺的结构发生了变化，这是由于观测的参考系变换引起的，即时空变换引起的，时空变换就会引起这种现象出现。
2.测量者沿运动方向通过“观看”来测量物体的长度
如图4所示，观察者此时处于静止坐标系S中的坐标原点O处观看。对于和上述一样的事件，同理由洛伦兹变换可得
比较两式可知，只有当β=0时，
才成立。而β=0，即v=0时，有
，也就是观察的长度和观测的长度，以及原长三者相等。而一般情况下，“观测”的直尺长度J和“观测”的直尺长度 
是不相等的。
从以上讨论可知，“观测”和“观看”在狭义相对论中差别是很大的。在中学狭义相对论的教学中，我们教师要科学规范的表述相应的物理概念，从而避免科学性的错误，这也需要我们教师对狭义相对论有比较深刻的理解。