近代物理
光鍾時間膨脹
增大 β — 觀察運動光鍾走得更慢 (Δt = γ Δt₀) 且桿縮短。
光鍾時間膨脹——互動式近代物理模擬。增大 β — 觀察運動光鍾走得更慢 (Δt = γ Δt₀) 且桿縮短。 免費的瀏覽器物理虛擬實驗室，提供即時 SI 測量與分步引導教學。
時間膨脹
增大 β — 觀察運動光鍾走得更慢 (Δt = γ Δt₀) 且桿縮短。
光鐘靠光子在兩面鏡子間反彈來計數。移動中的鐘在實驗室系測得更長的往返時間，因子 γ = 1/√(1−β²)。同時發生的長度收縮保持 c 不變——狹義相對論思想實驗的核心。
- 時間膨脹 Δt = γΔt₀
- 洛倫茲因子 γ = 1/√(1−β²)
調查簡介
在打開實驗室之前先規劃好問題
這份簡報反映預先渲染的頁面：探究問題、互相競爭的預測、變數角色、支配定律、設定，以及分析和延伸提示都會以此順序保持可見。
駕駛問題
「光時鐘」在兩面鏡子之間反射光脈衝，每次往返都會滴答作響。如果整個時鐘相對於你以高速移動，你是否觀察到它滴答得更慢、更快，或者與靜止時的同一時鐘相同的速度？
預測權重
- 更慢－移動時鐘的光脈衝必須經過更長的對角線路徑（從觀察者的框架開始），因此每個滴答聲需要更長的時間。
- 更快——運動加快了時鐘的速度。
- 速率相同，因為無論時鐘如何運動，光總是以 c 傳播。
可變角色
您設定的內容：
- 速度分數 β = v/c
您測量的內容：
- 洛倫茲因子γ
- 擴張時間Δt (µs)
調查如何進行
- 開啟 light-clock-dilation 預設並按下 Reset。時鐘每刻的固有時間固定為 1 µs。
- 啟用勞侖茲因子與膨脹時間讀數。
- 設定每次試驗的時脈速度（作為光速的一部分，β = v/c）並記錄觀察到的膨脹時間。
控制方程
時間膨脹 — Δt = γ Δt₀
從靜止座標系觀察到，以速度 v = βc 移動的時鐘，根據洛倫茲因子，其運行速度似乎較慢：Δt = γ·Δt_proper，其中 γ = 1/√(1 − β²) ≥ 1。這種影響在日常速度下可以忽略不計，但當 β 接近 1 時，效果會非常顯著。
可列印的工作表要求學生完成什麼
- 對於一次試驗，使用適當時間 1 µs 計算 γ = 1/√(1 − β²)，然後 Δt = γ·Δt_proper。將兩者與表格進行比較。
- 解釋為什麼 γ 在低速下保持接近 1（幾乎沒有任何膨脹），但當 β 接近 1 時急劇上升 - 一旦時脈速度成為光速的很大一部分，light-clock 的對角線路徑只會變得顯著更長。
這在實驗室之外的地方表現出來
- 從帶著移動時鐘旅行的人的角度來看，他們自己的時鐘看起來很正常，而地球上的時鐘卻顯得走得很慢。解釋為什麼時間膨脹在相對運動的兩個觀察者之間看起來是對稱的，以及為什麼這不是矛盾（它是透過哪個觀察者實際改變參考系來解決的）。
- GPS衛星運動得足夠快，狹義相對論的時間膨脹效應（再加上高空處較弱重力帶來的廣義相對論效應）會造成可測量的時鐘漂移，系統設計中會對此進行修正。為什麼忽略這個微小效應最終會導致明顯的GPS定位誤差？
- AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
- IB Physics — A.5 Galilean and special relativity
- General High School Physics — Modern physics intro
- NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light
- 歡迎學習光鍾時間膨脹
- 選擇相對論實驗臺
- 按播放
- 運動時鐘走得慢
- 打開學習側欄面板
- 完成了！
打開互動式模擬以構建場景，點擊運行，並透過即時測量和引導式教學進行探索。