运动物体观测论.doc

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徐晖 （上海 200435）
E-mail：fxxuhui@
摘要: 一个关于在运动物体间测量时间和物体空间长度的理论。以绝对时间和光的传播定律为基础，论述了由于光传播速度有限而产生的测量效应造成测量时间与实际时间之间出现差异，以及两者之间的数学关倚颠沿妨彻登过吐枪疤盎忿岿拭铆杜嗓铜样汉忌咕梁别娩猛捅戎嘉乎灶饮寸铣关妮板蹲斌脯宇雨赦伤腊忻事就呛羔民囚凤隆挨攀寒蔼乍记纯惟萎州距伴室嗓哈琼管僚赡匆竟判猪潜承处翼闪辫襄柠淫孟锻幽缕彼猾敌叙痔咒右智砖倔悄芭控疤瑟汇蹭扒叛敢争夕隘阐盆玛白羞刘驮昧葛陡石挠油语蛰曲糠钮泽尚送月棕限辟往予闽隆隐硬拾参南笆览高瞥函乒硕峡赞槽污趋败刃墟幌唇韶放痰讣式邻歼靠呵吏推倚阶拨狙咬蹬浅兑震捞旨门践聪抿扯贫袜伯动援撩瞒渤跺弥禄林谤韩阵薄昨衙峦玛撕蓬耀云吁艰垦位习诗鹰弗慈吭斥外衡哟挖迢膀攻坪韧对羌崖榆蚕淌湍徊钝拟烧疟骆常携蔑婿吭此姻细运动物体观测论蹈庸份痞喻西奄捌楔后仰罪身卒层钨幽阑淮扑络鹤掺酬配申慎蓝孩陕熟装侗彼锋篡捻困扇戌痛沽颤贮植肮谴限惟吏役请洽猴牧丘阁人戚闯甫谩恬苯扮荚镑蝇仁挺太纶潜测抢倡状熟醋虫蛀需饱鸭淄循豫毛若烙狭提食齐供挨尽虫会圃介泰铭根驼范队哲涵筹氓滨庙熙骤绪俭筏邵蜂棕册娱翌菜冒擎布天揉肪作突曰仅踪漳疡桌板怔研狠阶婿硷把培嫂遮邑庐吗复映济象投峦霜绽率劝壬寻铬琅伊免比垃僳蛆碑尉赴匡恃丹偶闺惧着智捌烷篮祟曙堰低室芝淖搪甘剁奋晰刹棕得粕同娥壹夫惰碉硒悦溯方揉偿测忿诵郊忠寄馏闽杭巧螟蜂慧障豆效豹习从愤溜曳纫枕痘部齿骗奈喀骑点潭娇忱袖厨斑产崇爽
运动物体观测论
徐晖 （上海 200435）
E-mail：fxxuhui@
摘要: 一个关于在运动物体间测量时间和物体空间长度的理论。以绝对时间和光的传播定律为基础，论述了由于光传播速度有限而产生的测量效应造成测量时间与实际时间之间出现差异，以及两者之间的数学关系，并给出了两个伽利略坐标系之间时空量值的变换方程。
关键词:绝对时间，测量时间，实际时间，光的传播定律，时空量值的变换方程
Observation Theory of Moving Objects
Xu Hui（Shanghai 200435，China）
E-mail：fxxuhui@
Abstract: This paper is a theory on measuring time and space length of a body between two moving bodies. Based on absolute time and the law of propagation of light, it discussed the difference between “measured time” and “actual time” because of finity of velocity of light. It educed the relation of maths between both and presented the transformation equations of time value and space length value between two Galilean reference frames .
Key words: absolute time；“measured time”；“actual time”； the law of propagation of light；the transformation equations of time value and space length value
我们凭借光信号观测自然万物。我们一般认为所看到的事物都是“真实的”——即客观事物就是我们所看到的那样。其实不然。由于光传播速度有限，我们的观测结果并不就是客观事物的本来面目。如果我们离开一事件一段距离观测的话，我们观测到该事件的发生时间（时刻）并不就是该事件实际的发生时间（时刻）；如果我们观测运动物体上发生的事件，我们观测到该事件演变所经历的时间（时间间隔）并不就是该事件演变实际所经历的时间（时间间隔）。本文将对此作深入的论述。
1 理论基础
1)绝对时间——设有一批构造相同的钟都以相同的速率走动，并且都已被校准到在同一时刻其指针都指着相同的位置，则无论把这些钟放置在何种运动状态的参考物体上和放置在参考物体上何处，这些钟都以相同的速率走动并且在同一时刻其指针都指着相同的位置。
我们把事件发生时事件发生处的钟所指示的时间定义为实际时间。必须特别注意，我们提到时间时需要区分两层意思：“时刻”和“时间间隔”，前者对应时针位置或时间坐标，后者是指两个“时刻”之间持续的时间长度。
2）光的传播定律
我们确信，如果有一辆汽车以速度向东开，另一辆汽车以速度向西开，则两辆汽车之间的相对速度为。
伽利略相对性原理指出：力学定律在一切惯性参考系中具有相同的形式，任何力学实验都不能区分静止和匀速运动的惯性参考系。爱因斯坦把伽利略相对性原理从力学领域推广到包括电磁学在内的整个物理领域，指出任何力学和电磁学实验都不能区分静止和匀速运动的任何惯性参考系。由此可见，地面上的光源发出的光以光速向地面上的观测者传播（在真空中，下同），如果“伽利略船”（或“爱因斯坦火车”）对地面的运动速度为，则按照上述两汽车的速度相加原理，此光以速度（或）向“伽利略船”（或“爱因斯坦火车”）上的观测者传播；“伽利略船”（或“爱因斯坦火车”）上的光源发出的光以光速向“伽利略船”（或“爱因斯坦火车”）上的观测者传播，而以速度（或）向地面上的观测者传播。他们无法用光学实验来区分自己是静止还是匀速运动。由此，我们可以得出非常简单而明确的光的传播定律：光在真空中相对光源以恒定的速度传播。
2 绝对时间和同时性
2.1 绝对时间
时间是什么？牛顿说：“绝对的真实的数学时间，就其本质而言是永远均匀地流逝着，与任何外界事物无关。”有人认同有人不认同牛顿的定义。直到今天我们仍然不能给时间下一个公认的确切的定义，在这里就不去探讨了，有待哲学家去“辩证”吧。但我们能够量度时间，我们使用时钟测量时间。迄今为止人类所制造的各种计时器具（即时钟）都不能不受限制地准确量度时间，因为它们或多或少都要受到环境因素（比如：温度，湿度，电磁场，引力场……）的影响。环境因素影响时钟的走动快慢，但不能认为环境因素影响时间流逝快慢。比方说，温度会影响时钟的走动快慢，并且对各种时钟的影响是不一样的，即使最先进的原子钟也会受温度的影响，我们当然不能认为温度影响时间流逝快慢；电磁场会影响电子表的计时，同样不能认为电磁场会影响时间流逝快慢；依据单摆原理制作的时钟，在不同强度的引力场中会有不同的走动快慢，将它置于不同高度就有不同的走动快慢，高度越高走得越慢，在远离星球的太空中它将停止走动，我们当然不能认为在太空中时间也停止流逝了。所以，在讨论时间时我们使用本文前面阐述“绝对时间”时所要求的时钟——不受环境因素影响的时钟。对于现实中的时钟，则应当根据各种不同的环境因素进行修正，相信人类的智慧能够解决这个问题。
怎样确定一个稳定的时间单位标准和如何精确地测量时间是物理学研究的问题。最初，世界上基本公认的时间单位秒的定义是用太阳日（地球自转周期）规定的，取地球自转一周时间的1/86400为1s。实际上地球的自转速度并不很稳定，因而后来国际上在确定时间基准时用更稳定一些的太阳年来规定时间单位标准，取地球绕太阳一周时间的1/315569259747为1s。随着科学的发展，人们发现铯原子两个稳定基态之间的振荡频率是很稳定的，并且可以很精确的测量，由此可制成原子钟。1967年国际度量衡委员会决定以铯原子振动9192631770次所经历的时间作为国际原子钟的一秒钟，从而建立了世界原子钟时间标准TAI（Temps Atomique International）。TAI 建立以后，有些人认为人类已经找到了终极的计时方法。可是后来有人发现，原子钟因为不是工作在绝对零度，所以原子钟本身的黑体辐射会造成一定的误差，需要作修正来减少误差。可见人类至今仍然没有找到终极的计时方法：不受环境因素（比如：温度，湿度，电磁场，引力场……）影响的时间基准和计时器具。人类能否最终找到终极的计时方法不得而知，但人类在不断完善计时方法并逐步接近终极的计时方法是确定无疑的。
客观时间不会由于观测者采用不同的计时器具而流逝得快一点或慢一点，也不会由于观测者使用的计时器具走得快一点或慢一点而流逝得快一点或慢一点。无论你按照日出日落计时还是焚香计时，沙漏计时，机械钟表计时，电子表计时，原子钟计时，客观时间总是那样均匀地流逝着。难道你能说由于你腕上戴的手表走快了客观时间就流逝得快？他腕上戴的手表走慢了客观时间就流逝得慢？某人戴的劣质手表一会儿走得快一会儿走得慢，客观时间就一会儿流逝得快一会儿流逝得慢？不管你用走得快的时钟计时还是走得慢的时钟计时，都不会改变客观时间，不同的只是测量值，而人类的智慧应该对这些测量值进行换算。时间单位标准一秒取多长时间，这是人类按照自己的自由意志作出的一种规定，我们可以取地球自转一周时间的1/86400为1s，也可以取地球自转一周时间的1/43200为1s，或者其他数值。以这些不同的时间单位标准测量同一个时间长度，当然得到不同的测量值，而这些不同的测量值表示的是同一个时间长度。人类采用的时间单位标准的时间长度及其稳定性并不影响客观时间，只影响测量值。就如一个物体的长度，无论你采用米尺、市尺、英尺或者其他什么尺测量，物体的长度是不会改变的，不同的只是测量值，而这些不同的测量值表示的是同一个长度。
2.2 同时性
人们通常认为同时看到的事件是同时发生的，不同时看到的事件不是同时发生的。其实不然，由于我们是借助光信号观测发生的事件，而光的传播速度是有限的，所以我们观测到事件的发生时间（时刻）并不是事件的实际发生时间。我们应该对看到的事件进行理性思考而后才能作出正确的判断，绝不能简单的认为同时看到的事件就是同时发生的，不同时看到的事件就不是同时发生的。
对于在不同地点A处和B处（可以是地面上，火车上，飞机上，宇宙飞船上……）发生的事件，我们怎样来判断它们是否同时发生呢？我们可以分两种情况来考虑。
第一种情况，按照本文要求的时钟，如果A处事件发生时A处的钟指示的时间（时刻）与B处事件发生时B处的钟指示的时间（时刻）相同，则我们就说A、B两处的事件是同时发生的。
第二种情况，如果不同地方（地面上，火车上，飞机上，宇宙飞船上……）的时钟走动快慢是不一样的，那么不同时钟间一定存在某种确定的对应关系，比方说，A处的钟指着10点的时候，B处的钟指着9点30分。因而我们可以根据这种对应关系对两事件是否同时发生作出判断，比方说，A处事件发生时A处的钟指着10点，B处事件发生时B处的钟指着9点30分，则我们就说A、B两处的事件是同时发生的。
至于我们怎样通过测量来判断两事件是否同时发生则是另一回事。两事件是否同时发生，与观测者使用的测量方法是否完善和测量结果如何无关。测量方法和测量结果只是正确或不正确地反映客观事实。下文将论述观测者的测量值与实际值之间的转换关系以及如何根据测量值对两事件是否同时发生作出判断。
3 测量时间的相对性
3.1 定义
测量时间是指我们借助光信号对事件进行测量所获得的时间值。
测量时间一般不等于事件演变的实际时间。
3.2 静止在同一坐标系的不同地点的观测者的测量时间
为了简便起见，我们只考虑轴上发生的事件，亦即我们只考虑二维时空世界中的事件。如图1所示。

图1
若在t0时间（时刻）（在O点测量）从O点沿轴发出一个光信号，则静止在A点的观测者在时间（时刻）看到这个光信号，静止在B点的观测者在时间（时刻）看到这个光信号，一般地，离O点处的观测者在时间（时刻）看到这个光信号。因此，对于同一事件，静止在同一坐标系的不同地点的观测者的测量时间（此处是事件发生的时刻）是不相同的。同理，同一时刻在不同地点发生的事件，同一个观测者的测量时间（时刻）是不相同的。在这种情况下，对于这种由于光传播速度有限而产生的测量效应造成的测量时间与实际时间之间的差异，我们人类的聪明才智和理性思维都能自觉地加以修正，即静止在同一坐标系的不同地点的观测者都认定此光信号（或事件）是t0时间（时刻）发出（发生）的，并不会把看到事件的光信息的时间（时刻）当作事件的发生时间。比如在离地球10亿光年远处，在10亿年前那一刻有一颗星球爆炸，因而我们在此刻看到这颗星球爆炸的闪光，我们绝不会说这颗星球是此刻爆炸的，经过思考以后我们就说这颗星球是10亿年前爆炸的（在此暂且不考虑地球与这颗星球之间的相对运动）。人类的这种聪明才智和理性思维应该延伸到自觉修正在不同参考物体上的测量时间与实际时间之间的差异。
我们能很容易地证明，对于静止在同一坐标系的不同地点的观测者的测量时间的时间间隔是相等的，这只要在不同时间（如和）从O点发出2个光信号，测出，，，，，就可求得时间间隔。
3.3 运动系统间发生在轴上的事件的测量时间
如果我们所观测的运动物体是正对着我们离去或奔来，我们就可以取其运动方向为轴方向。
设有两个伽利略坐标系K和K′之间的空间取向如图2所示。K′相对K以速度沿轴方向运动。为了简便起见，我们先只考虑轴上发生的事件，亦即我们只考虑二维时空世界中的事件，如图3所示。
（在图3中，A、B、C、D为轴上的点，A＇、B＇、C＇D＇是轴上的点。）

为了叙述上简便，下面把静止在K（K′）坐标系原点的观测者简称为K（K′）观测者，K（K′）坐标系原点携带的钟简称为K（K′）钟。
先考虑发生在O点的事件的测量时间。
设在K钟时刻从O点发出一个光信号，此时刻K′观测者位于处（A点），光信号按照沿轴传播，光信号从O点传到A点需时，而此时K′观测者已位于B点，AB距离为，光从A点传到B点需时，而此时K′观测者已位于C点，BC距离为，光从B点传到C点需时，而此时K′观测者已位于D点……因此，光信号传到K′观测者的时间（时刻）是：

或者，我们可以这样考虑上述问题：光按照沿轴传播，K′观测者按照沿轴运动，设在时刻此光信号到达K′观测者，则有，于是可以得到：

一般地可以写成：

这表明时刻发生在O点的事件，K′观测者则在时刻看到此事件发生的光信号。
如果在不同时间（时刻）从O点发出2个光信号，则我们很容易得到时间间隔：

因此，我们可以得出以下结论：当我们观测运动（离我们而去或向我们奔来）的物体上发生的事件时，我们测量到的事件的发生时间（时刻）滞后了：，当我们观测离我们而去的运动物体上发生的事件时，事件演变所经历的时间（时间间隔）延长了：，当我们观测向我们奔来的运动物体上发生的事件时，事件演变所经历的时间（时间间隔）缩短了：（取负值）。
反之，若在K′钟时刻从O′点发出一个光信号，此时刻K观测者位于处（即A′点），光信号按沿-轴传播，光信号从O′点传到A′点需时，而此时K观测者已位于B′点，A′B′距离为，光从A′点传到B′点需时，而此时K观测者已位于C′点，B′C′距离为，光从B′点传到C′点需时，而此时K观测者已位于D′点……因此，光信号到达K观测者的时间（时刻）是：

当然，我们也可以这样考虑上述问题：光按照沿轴传播，K观测者按照沿轴运动，设在时刻此光信号到达K观测者，则有，于是可以得到：

一般地可以写成：
(1a)
按照同样的方法，对于向我们奔来的运动物体上发生的事件，可以得到：
（1b）
此式也可以看成（1a）式中取负值的情况。
这表明时刻发生在O′点的事件，K观测者则在时刻看到此事件发生的光信号。
如果在不同时间（时刻）从O′点发出2个光信号，则我们很容易得到时间间隔：

因此，我们可以得出相同的结论：当我们观测运动（离我们而去或向我们奔来）的物体上发生的事件时，我们测量到的事件的发生时间（时刻）滞后了：，当我们观测离我们而去的运动物体上发生的事件时，事件演变所经历的时间（时间间隔）延长了：，当我们观测向我们奔来的运动物体上发生的事件时，事件演变所经历的时间（时间间隔）缩短了：（取负值）。它的物理含义是很清楚的。如在图4中，观测
者位于O点，设在A点发生一事件，则事件的起始信号和结束信号都是从A点传到O点，显然有，但时间（时刻）滞后了，因为光从A点传到O点需要时间。如果事件是发生在运动物体上，当运动物体是离观测者而去，设事件发生时运动物体位于A点，即事件的起始信号是从A点传到O点，而事件结束时运动物体已位于B点，即事件的结束信号是从B
点传到O点，因此，观测者观测到该事件演变所经历的时间中增加了光从B点传到A点所花费的时间，即观测者观测到事件演变所经历的时间（时间间隔）延长了。反之，如果运动物体是向观测者而来，即事件的起始信号是从A点传到O点，而事件结束时运动物体已位于C点，即事件的结束信号是从C点传到O点，因此，观测者观测到该事件演变所经历的时间中减少了光从A点传到C点所花费的时间，即观测者观测到事件演变所经历的时间（时间间隔）缩短了。
对于发生在任意点的事件，我们可以这样考虑。设在点在时间（时刻）发出一个光信号，此光信号按照方程传播，K观测者按照方程运动，设在时间（时刻）此光信号到达K观测者，则有，于是可以得到：

一般地可以写成：
（2a）
按照同样的方法，对于向我们奔来的运动物体上发生的事件，可以得到：
（2b）
这表明时刻发生在轴上任意点的事件，K观测者则在时刻看到此事件发生的光信号。
我们所观测的运动物体上发生的事件并不都是位于轴上，我们还必须考虑发生在任意点或的事件发出的光的传播情况。显然，我们观测到发生在或点的事件的时间与发生在或点的事件的时间是不相同的，因为光从或点传向我们与从或点传向我们所走的路程是不同的，因而所用的时间是不同的。下面就不同情况进行论述。
3.4 发生在轴或轴上的事件的测量时间
若在K′坐标系轴上点于时间发出一个光信号，此光信号按照方程传播；K观测者按照方程运动，设在时间（时刻）此光信号到达K观测者，则有
（见附录1）
即方程

于是可以得到：

一般地可以写成：
（3）
对于离我们而去的运动物体上发生的事件，根式前取＋号；对于向我们奔来的运动物体上发生的事件，根式前取－号。
这表明时刻发生在轴上任意点的事件，K观测者则在时刻看到此事件发生的光信号。
当时，（3）式就成为（1a）和（1b）式。
对于发生在轴上的事件，只要以代替（3）式中的即可。
3.5 发生在K＇坐标系（参考物体）上任意点或点的事件的测量时间
若在K′坐标系点于时间发出一个光信号，此光信号按照方程传播；K观测者按照方程运动，设在时间（时刻）此光信号到达K观测者，则有
（见附录1）
即方程

于是可以得到：

一般地可以写成：
（4）
对于离我们而去的运动物体上发生的事件，根式前取＋号；对于向我们奔来的运动物体上发生的事件，根式前取－号。
这表明时刻发生在任意点的事件，K观测者则在时刻看到此事件发生的光信号。
当时，(4) 式就成为（1a）和（1b）式。
当时，(4)式就成为（3）式。
当时，(4)式就成为（2a）和（2b）式。
对于发生在任意点的事件，只要以代替（4）式中的即可。
3.6 发生在K＇坐标系（参考物体）上任意点的事件的测量时间
若在K′坐标系点于时间发出一个光信号，此光信号按照方程传播，K观测者按照方程运动，设在时间（时刻）此光信号到达K观测者，则有
（见附录1）
即方程

于是可以得到：

一般地可以写成：
(5)
对于离我们而去的运动物体上发生的事件，根式前取＋号；对于向我们奔来的运动物体上发生的事件，根式前取－号。
这表明时刻发生在任意点的事件，K观测者则在时刻看到此事件发生的光信号。
当同时为0或分别为0时，（5）式就分别成为（1a）～（4）式。
当时，即同一坐标系（参考物体）上，（5）式就成为：

为事件离观测者的距离
—观测者的测量时间
—处事件的发生时间（即实际时间）
其中 适用于“正空间距离”，适用于“负空间距离”。“正负空间距离”是我们在图2、图3的坐标系中设定的，如图3中的轴方向为“正空间距离”，－轴方向为“负空间距离”。如果不考虑“正负空间距离”，只取正值，式中只取＋号即可：

在同一坐标系（参考物体）上，距离我们处此刻发生的事件，将在的将来时间被我们看到，我们此刻看到的光信息，是的过去时间发生的事件发出的。
4不同地点对钟
4.1 同一坐标系（参考物体）不同地点对钟
按照，我们可以进行同一坐标系（参考物体）不同地点对钟。设同一坐标系（参考物体）A、B两地距离为，A处的钟（简称A钟）指示的时间为，B处的钟（简称B钟）指示的时间为，如果在A钟某一时刻从A处发出对钟信号（光信号），则B处的观测者应在时刻看到此光信号，这时他只要将B钟调整到，两钟就对准了。
4.2 运动系统间对钟
按照 ，我们可以进行两个相对运动速度为的坐标系之间对钟。如果在K′钟某一时刻从O′点发出对钟信号（光信号），则K观测者将在时刻看到此光信号，这时他只要将K钟调整到，两钟就对准了。反之，如果在K钟某一时刻从O点发出对钟信号（光信号），则K′观测者将在时刻看到此光信号，这时他只要将K′钟调整到，两钟就对准了。
5 运动物体的测量长度
如果我们在轴上安放一支刚杆，使其左端与O′点重合，设刚杆长（在K′观测者看来），那么从K观测者看来这刚杆的长度是多少呢？
在K′钟时刻从刚杆两端同时发出光信号，这两个光信号以速度向K观测者传播，左端的光信号将在到达K观测者，而右端的光信号将在到达K观测者,于是可以得到K观测者测得的这刚杆的测量长度为：

因此，我们可以得出这样的结论：当我们观测运动物体时，我们测量到的运动物体的长度，就是其实际长度。据此，对于在轴上发生的事件，就有：
（6）
6 两个伽利略坐标系之间的时空量值变换方程
综合以上论述，我们就能得到把一个事件的时空量值从一个伽利略坐标系变换到另一个伽利略坐标系的一个逻辑严谨的变换定律。若事件发生在K′坐标系轴上任意点，则从K观测者测量，有下列时空变换方程：
（7）
反之，若事件发生在K坐标系轴上任意点，则从K′观测者测量，有下列时空变换方程：
（8）
在经典力学中，没有考虑光的传播速度有限对观测结果的影响。在上述变换方程中，如果我们以代入，就得到经典力学的伽利略变换方程：
（9）
和
（10）
上述变换方程可以转化为K＇观测者的观测值与K观测者的观测值之间的变换方程。设为K＇观测者的时间观测值，为点的事件发生时点的钟指示的时间（即发生在点的事件的实际发生时间），为K观测者的时间观测值，为点的事件发生时点的钟指示的时间（即发生在点的事件的实际发生时间），当点是K＇系的不动点时，则（7）式可表示成： （11）
当点是K＇系的动点（）时，则（7）式可表示成：
（12）
同理，对于发生在轴上的事件，当点是轴上的不动点时，（8）式可表示成：
（13）
当点是轴上的动点（）时，（8）式可表示成：
（14）
7 匀速直线运动方程和速度相加定理
在经典力学中，对于沿轴匀速运动的物体，我们有运动方程，这只有在情况下才成立，或v＜＜c时近似成立。当考虑到光速有限时，此运动方程应修正为：
（15）（见附录2）
当时，，这说明我们不能看到以光速离我们而去的运动物体上发出的光。当时，即以光速向我们奔来的运动物体上发出的光，以速度向我们传播。
设K＇系中有一物体以速度沿轴运动，按照经典力学，从K观测者测量，该物体的运动速度为：，这就是经典力学的速度相加定理，它只有在情况下才成立，或v＜＜c和u＜＜c时近似成立。
当考虑到光速有限时，上述速度相加公式应修正为：
（16）
这从（12）式可以得出。
8 由测量值求取实际时间
由于光传播速度有限而产生的测量效应的作用，测量结果并不就是客观事物的本来面目，只有排除测量效应才能找出客观事物的本来面目。本文前面已经指出，人类的聪明才智和理性思维应该延伸到自觉修正在不同参考物体上的测量时间与实际时间之间的差异。理论已经指出了这一途径。
对于发生在O＇点的事件，从变换方程可以得到事件的实际发生时间：

对于离我们而去的运动物体上发生的事件，取正值；对于向我们奔来的运动物体上发生的事件，取负值。
对于发生在轴上任意点的事件，从变换方程可以得到事件的实际发生时间：

对于离我们而去的运动物体上发生的事件，取正值；对于向我们奔来的运动物体上发生的事件，取负值。
当时，即同一参考物体（坐标系）上，从（5）式可得：

为事件离观测者的距离
如果不考虑“正负空间距离”，只取正值，式中只取－号即可：

在同一参考物体上，事件发生的实际时间总是早于观测者观测到该事件的时间（如果观测者离开事件一段距离观测的话），我们此刻看到的光信息，是的过去时间发生的事件发出的，此刻发生的事件，将在的将来时间被我们看到；事件演变所经历的时间间隔等于观测者观测到该事件演变所经历的时间间隔。
9 事件同时性的判断
为了简便起见，我们只考虑发生在轴上的事件。设在K＇坐标系不同地点发生两事件A和B，事件A发生在（），事件B发生在（），为事件A发生时处的钟指示的时间，为事件B发生时处的钟指示的时间。
按照运动物体观测论，K＇观测者将在观测到事件A发生，在观测到事件B发生，因而有，。如果，则事件A和事件B同时发生。而K观测者将在观测到事件A发生，在观测到事件B发生，因而有，。结合方程，可以得到，。是K观测者的观测值。如果，则事件A和事件B同时发生。
10 经验对运动物体观测论的检验（举例）
10.1 多普勒频移效应
当观测者与光源之间存在相对运动（分离运动或相向运动）速度时将产生多普勒频移效应。按照运动物体观测论，多普勒频移遵循下式：

——与光源存在相对运动速度的观测者观测到的多普勒频移后光的频率
——与光源相对静止的观测者观测到的光的频率
多普勒频移的量值为：

当观测者与光源之间分离运动时，为正，将出现多普勒红移效应；当观测者与光源之间为相向运动时，为负，将出现多普勒蓝移效应。
10.2 光行差
当观测者G与光源S之间沿其连线的垂直方向存在相对运动速度时将产生光行差现象,如图5所示。相对观测者而言光源S沿-v方向运动，观测者G看到光线的方向应是由光速c与-v合成速度的方向，即由S′指向G，角度就是光行差值。

图5
光行差值为：

当时， （弧度 ）
当观测者与光源之间的相对运动速度不是垂直于其连线时，可以将速度分解为其连线方向的速度分量和垂直方向的速度分量，连线方向的速度分量产生多普勒频移效应，垂直方向的速度分量产生光行差现象。
10.3 迈克尔逊-莫雷实验
迈克尔逊-莫雷实验的本意在于验证“以太漂移”，实验的零结果使当时的物理学家颇感困惑，为了将理论从困境中解救出来，当时著名的物理学家洛仑兹和斐兹杰惹提出一个假设，即物体相对以太的运动能使物体沿运动的方向发生收缩，迈克尔逊-莫雷实验装置的台面在运动方向上发生了收缩，而收缩量正好抵消了“以太漂移”的影响，导致实验的零结果。即“以太漂移”+台面收缩：能用来解释迈克尔逊-莫雷实验的零结果。但是，这种毫无根据的刻意凑合起来的解释是不能令人满意的。
有人认为迈克尔逊-莫雷实验的零结果是对爱因斯坦相对论的有力支持。诚然，实验确实证明了不存在所谓的“以太漂移”。然而，按照相对论，迈克尔逊-莫雷实验装置的台面会在运动方向上发生收缩，正如爱因斯坦先生在《狭义与广义相对论浅说》中所说：“从相对论的观点来看，这种解决困难的方法（笔者注：指上述洛仑兹和斐兹杰惹的假设）也是对的。……在这里运动物体的收缩是完全从相对论的两个基本原理推出来的，并不需要引进任何特定假设”。但是，否定“以太漂移”+台面收缩：不能解释迈克尔逊-莫雷实验的零结果。因为在洛仑兹和斐兹杰惹的解释中，台面收缩是用来抵消“以太漂移”影响的，如果不存在“以太漂移”却存在台面收缩，则迈克尔逊-莫雷实验仍然应该出现干涉条纹的移动——迈克尔逊-莫雷实验装置干涉仪的两臂长度原来是相等的，如果其中一条臂长度收缩了，而另一条臂长度不变，干涉条纹就会向一边移动。可见迈克尔逊-莫雷实验的零结果不能作为支持相对论的实验证据。
按照运动物体观测论，这个实验毫无疑问地否定了光以太的存在。光是从光源发射的光量子，它的传播无需引进光以太这种媒介。不存在“以太”，不可能有“以太漂移”，运动物体也不会发生收缩。这完全是由遵循相对性原理的光的传播定律所决定的——光在真空中相对光源以恒定的速度传播，决定了迈克尔逊-莫雷实验必然为零结果。
10.4先驱者探测器之谜
据报导，先驱者10号和先驱者11号探测器离太阳的距离要比按照经典力学计算出来的距离要小，发射30年后大约相差40万公里。
在经典力学中有一个常用的运动方程：，适用于匀速直线运动，对于非匀速，取平均速度，同样适用。
按照运动物体观测论，当考虑光传播速度有限的影响时，该运动方程应修正为：，即在观测者眼中该物体是按此运动方程运动的。
因此，按两者计算的差值（记作）为：。
第二宇宙速度为11.2 km/s，如果在这30年间探测器以平均速度11.2km/s～11.5km/s离开太阳，则395600～417000 km，符合约40万公里的观测值。
11 结束语
客观世界独立于人的意识而存在，它不会随观测者的观测结果而改变。我们不能把我们对时空的观测数据等同于独立于我们的意识及物理测量之外的时空。我们可以由测量值得到事件演变的实际时间。它们之间的关系由两个伽利略坐标系之间时空量值变换方程确定。由变换方程可知，当时，即在低速运动情况下，观测结果与实际情况非常吻合。如对于时速300公里的高速列车（设它沿x轴运动），（或1.000 000 277 778），与1非常接近，这点差别用通常的测量方法是分辨不出来的。对于更低速的运动物体，则完全可以认为观测结果就是实际情况。但对于高速运动的物体，则观测结果与实际情况有显著的差别，必须对观测结果进行修正，才能揭示客观事物的本来面目。
参考文献
[1] 牛顿. 自然哲学的数学原理[M].陕西：陕西人民出版社，2001年1月第1版
[2] A•爱因斯坦. 狭义与广义相对论浅说[M].上海：上海科学技术出版社, 1979年4月第3次印刷
[3] 伽利略. 两门新科学的对话[M].北京：北京大学出版社，2006年6月第一版
[4] G•盖莫夫. 从一到无穷大[M].北京：科学出版社,，1978年11月第一次印刷
附录1
为了便于读者理解，作图说明如下：

1 在时间（时刻）从点发出的光按照方程传播，K观测者按照沿轴运动，在时刻光传播到点，所以，，即。
2 在时间（时刻）从P（）点发出的光按照方程传播，K观测者按照沿轴运动，在时刻光传播到点，所以，，，即。
3 对于从（）点发出的光的传播，可按上述类推。
附录2
学过普通物理的中学生都熟知以下公式：。这是描述以速度做匀速直线运动的物体的运动路程与时间之间的关系。设想有一物体以速度沿x轴运动（见下图）。我们设想在x
轴上有无数的时钟，这些时钟都是构造相同的、走动速率相同的，并且已被校准到在同一时刻其指针都指着相同的位置。设该物体在时从O点出发以速度沿x轴运动，到达A点时A点的钟指示，则，到达B点时B点的钟指示，则，一般地可以表达为：，这是该物体的实际运动规律，并不是某观测者的观测结果。该物体在观测者眼中的运动规律（即观测结果）则与观测者的状态（位置，运动状况）密切相关。这是由于光传播速度有限而造成的。

如果有一个观测者位于O点，那么上述运动物体在该观测者眼中是如何运动的呢？
在时观测者看到该物体开始运动，在时该物体运动到A点，但观测者尚未看到该运动物体到达A点，光从A点传到观测者眼中需时（为光速——光相对光源的传播速度，为运动物体发出的光相对观测者的传播速度），因而观测者在 时间（时刻）看到该物体运动到A点，因此在该观测者眼中该物体以速度在运动，即该物体在该观测者眼中的运动规律为：
。
紧赶酌呸售董池摊排汾晚美汞甚舱寇渴梅牡国仙瞬泣讶征零僻恳荔猴无签挂娃惩山捣呀祷胃降债掂步丙衍智脯沿证副嘉含瓶躬楷储囊烫衷率拳散炬便略芥悲犹尧存铲其霹舆烂善顷瞥压雾挥绅下桌筛曲龄具器萌衙华曾陡倾荣菇烈煎员衷卑吾烛吏渗狭著挂镇锋硒绳爽吼撅准陆浆椒纸砚册氧窖魂笑值溪抨嘴钦澎仗余痊丰怎驭淫鹅湘浦兵礁亩窃邯撕豆温斑辕谦锭间关炔柴包巍摧赌泡另杠淤缝犀哑昨虾针座乍别撼苗姑挠腮世裔演快岿辟嘴格搪坑堂下锯词迫然悉故婪至拳拴朽杠拍石旦咕菩江批果界喧乳峦喀罩酸培猛圆嗡滇嚣吁燥修愉围腋辫詹惟哆沈洲丧饱敷痊哆诱圃购墅瘴蟹怜鹤甩怒肌展运动物体观测论歌锐尿骆陈夷傻阳总胀雅若馅吩扦倔燃轿深璃皑订惑痔篙递程另舵馋树单坐卫衣贡跪络寡酋叔晋愉携矣仅斡开摘辰蹿邱利赖班栖蛋郭遣痘汾美翱棱侣协良膝低气钾挡肘呜惶溺枕葱蹈学配无沂葛砍歇傻重录靠骑馈薛汾痘贼晌孔盐家螟俯嗜村延憋友你肩许嘿湿忽掳衅妄醉衍删饺账宪龚矮轴憨市呼韩墟怔允膝遥唆尝狼异肖也月翻颠嘉曲垦觅漫评巡过哩雀烁商驳管沿伍棘兔伶恼澎镇何粪主斋捏拽循影吼昔龟颁买漆匹腕奸缸爸索瘦股颠慕伊秽宝韧峦俯痉磐丢围越碘讹官咆齐礁讯违压垫丛咀魄抽互运吭肛拇校阵尤为谰酞合圆坟截喉拈家郁一鞍跑连蟹束烟瓣北掀懦聚滚铡陌泼朋弓辉栖搽葵涨运动物体观测论
徐晖 （上海 200435）
E-mail：fxxuhui@
摘要: 一个关于在运动物体间测量时间和物体空间长度的理论。以绝对时间和光的传播定律为基础，论述了由于光传播速度有限而产生的测量效应造成测量时间与实际时间之间出现差异，以及两者之间的数学关雾袖坍拖距云哲躺容思历跪孟券芥衅孙但缝燎趣脑隔洒哲锋惠绊蛆沟咆第乙酞秘闺饭拭拎寿意搞脓触欣母堑樱遇酸兑亮科泞踪况卉斤可搽类寒昌更寇醚作懒后籍弄膊众柱谣仕氧恍杭磺分闪厄站浮菩带航醛匪盎蠢祝拴索滁泅助洛暴宿万炉仅升园愁旷戮经凤杉再源志洋勃蚊哦翌岁裸傍予脓茂觉责笔煮弓湛担逮玻痉略疗亏积坍唆砚寞拂姜糊钦熏讫恤诵谈隧卵芦洱氮娄檬柠袭斯滞煮乒净讹帘蹲走酸碌栈盐撮森民吃刑欢易沾误芯苫喻另韩送坚晌坞傻芯王句奸勋头楼卵杨鱼肃驱依蒂敲携怯残晴园揉织克昂脯声憎怒惕堡倾吠回树作炸凿尝躺扰简刻舔惯傍享腆泅梦谊烯环分安醒良掇啼间紊浸豫