(1) 第1个问题:这种矛盾情况不会发生,原因是根据相对论,由于开始时A、B处于不同地,当A观察到B与自己的钟都指向0时,B却观察到自己的钟在0时A的钟并不在0时;或者说,A飞船上测量到的B飞船从开始到相遇所经历的时空坐标路径与B飞船上测量到的A飞船从开始到相遇所经历的时空坐标路径不一致.
在本问题中,若在A系中开始时两者的钟都在0,则在B系中B的钟指在0时A的钟则指在1.75点,即A钟指在0与B钟指在0这两个事件在A系中是异地同时事件,但在B系中却是异地不同时事件,这正是“同时”的相对性;在A系中经过4小时两者相遇,B钟指在了3点,而在B系中则观察到B钟指到了3点时A钟才走了2.25小时,从原来的1.75点指到了4点.可见从开始到相遇,两者的观察并不会出现问题所述的矛盾.具体可参考下述分析:
以A飞船开始时所在时空点为共同的时空坐标原点(t0,x0)=(t’0,x’0)=(0,0),A飞船的速度方向为x和x’轴正方向,分别建立A、B参照系.这时在A系中B飞船的时空坐标为(t1,x1)=(0,L),速度大小为v,经过A系中的时间△t=L/v后两飞船相遇于时空点(t2,x2)=(L/v,0),这时A的时钟指示tA=L/v,B的时钟指示tB=tA/γ.
而根据洛伦兹变换,在B系中开始时B飞船所在时空点为(t’1,x’1)=γ(vL/c²,L),B钟指在0,这时A由最初的(0,0)时空点运动到(t’1,x’3)=γ(vL/c²,v²L/c²),A钟指到t’3=t’1/γ= vL/c²,这时两者相距x’1-x’3=γ(L-v²L/c²)=L/γ.经过△t’=(L/γ)/v=L/(γv),两者相遇于时空点(t’2,x’2)=γ(L/v,L),这时B钟指在t’B=γL/v-γvL/c²=L/(γv)= △t’=tB,而A的时钟指示t’A= t’3+△t’/γ= vL/c²+ L/(γ²v)=L/v=tA.
(2) 从相对K’运动的参照系K观测的时间(用K系中的时钟计算的时间)并不等于K’的固有时间(即K’系中的固有时钟指示的时间),在K系中各处同时的事件在K’系看来一般并不同时;反之亦然.“同时”一般只能在同一参照系中定义,不同参照系间的“同时”只可能发生在一个重合的时空点,而不存在大范围的“同时”.
(3) 质速关系m=m0/√(1-v^2/c^2)有多种推导方法,其中一种可参考如下分析:S’系(其中静止一小球a’,质量m0)相对S系(其中静止一小球a,质量m0)沿x轴正向以速度v运动,设a’相对S系的质量为m,根据系统的对称性,a相对S’系的质量也为m;假设两小球碰撞后合为一体,相对S’系速度为u’,相对S系速度为u,在两参照系中动量守恒定律都成立,S系:mv=(m+m0)u,S’系:-mv=(m+m0)u’.由速度合成公式,u’=(u-v)/(1-uv/c^2),而根据系统的对称性,u’=-u,可得:(v/u)^2-2v/u+(v/c)^2=0,解得:v/u=1±√(1-v^2/c^2),由于v>u,故取v/u=1+√(1-v^2/c^2).所以m=m0/(v/u-1)=m0/√(1-v^2/c^2).
关于第二次补充:shearson已基本回答了,这里再简单说一下.
一、根据狭义相对论,每个不同运动状态的观测者都对应一个参考系;一般的,他们对不同事件的观测结果有所不同,具有相对性.譬如在一个参考系中认为异地同时的两个事件,在另一个参考系中一般并不同时,这可以根据洛伦兹变换计算出来,虽然单纯的想象很难理解.但对两个观测者相遇这一同地同时事件,由于对应于一个重合的时空点,所以他们彼此“看到”的也是对方自身所“看到”的.
二、由于是相遇这一两参考系某一时空点重合的同时同地事件,所以地球观测者看到的飞船时刻即是飞船观测者看到的自身时刻.
相对论的很多结论看似不可思议,但只要耐心细致的去做些具体计算分析,摆脱先入为主的传统观念的束缚,也就不难得出了.希望以上所说能对你有所帮助.