《第十七章狭义相对论基础173狭义相对论的时空观》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第十七章狭义相对论基础173狭义相对论的时空观（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,事件 1 ：车厢后壁接收器接收到光信号。 事件 2 ：车厢前壁接收器接收到光信号。,2,若同时：,S系，两件事的时空坐标：,即S系认为同时的两件事，S系测量是不同时的,时空坐标：,一 同时的相对性,设在S系中，发生两事件：(开灯）,3,设在S系中：,若同时：,即S系认为同时的两件事，S系测量是不同时的,S系，两件事的时空坐标：,那么谁说的对呢？爱因斯坦说都对。因为同时本来就是相对的。,4,爱因斯坦火车,火车上的观察者说： 光源在火车中点，光速为C，故必同时到达A、B点。,地面的观测者说：光源在地面AB的中点，应同时 到达AB两点，在火车上先到达B点，后到A点。,同时到达A、B,5,. 在
2、S 系中不同地点同时发生的两事件，在 S 系中这两个事件不是同时发生的。,.在 S 系中相同地点同时发生的两事件，在 S 系中这两个事件是同时发生的。,明确几点:,.同时性没有绝对意义。同时性的相对性是光速不变原理的直接结果 。,由于光速不变，在某一个惯性系中同时发生的两个事件，在另一相对它运动的其它惯性系中并不一定是同时发生的，这个结论称为“同时的相对性”。,6,二 长度的收缩,设一杆平行于X轴静止于 S系，,- 本征长度,动长,依“LT”,测杆两端坐标为两个事件,S系两事件时空坐标,S系两事件时空坐标,7,同时 测量,本征长度,长度的收缩,动长,依“LT”,8,依“LT”,又若在S系中有一
3、静止的棒，本征长度,S系中观测棒长也 是比本征长度短了,S系两事件时空坐标,9,l0：与杆相对静止的观察者 测得的静长-本征长度,l：与杆相对运动的观察者 测得的动长。,可见: (1) 观察者与被测物体相对静止，测得长度最大。,(2) 观察者与被测物体相对运动，沿运动方向长度收缩,结论：若一物体的本征长度为l0,则相对物体作匀速直线运动的惯性系中测得的长度为本征长度的1/倍。,10,注意：长度测量的相对性是同时相对性的必然结果。因为相对有运动的参照系测量物体长度时，要同时测量，而你认为同时的时候，另一参照系不认为是同时的。各有各的同时性标准，因此长度的测量变得具有相对性了。,11,例1 一宇宙
4、飞船静止在地面时长为20米，当其以0.99C飞行时，地面观测者测得宇宙飞船长多少？,解：S系中飞船本征长度,故S系测得的长度,反过来，飞船观测地面测出长为20米长的东西也只有2.8米了。,12,反过来，飞船观测地面测出长为20米长的东西也只有2.8米了。,测量此空姐 变苗条了！,13,在 S 系,例2 一长为1.0m的棒静止地放在xoy平面内，在 S系的观察者测得此棒与ox 轴成450角，试问从S系的观察者来看，此棒的长度以及棒与Ox轴的夹角是多少？设想S系相对 S 系的运动速度 。,解：在 系,14,三 时间的延缓（膨胀）,在经典物理中，时间的测量是绝对的，一秒就是一秒，在哪个参照系测量都是
5、一样。相对论中呢？,X,设在S系某处发生一个过程-举手,举起手,放下手,测得的时间,本征时间:相对事件发生的地点静止的参照系中所观测的时间称为本征时间。,15,在S系测得的时间间隔,由“LT”,时间膨胀了，即S系观测时，过程变慢了。,测得的时间间隔,x,在S系观察,举起手,放下手,16,由“LT”同样可得：,在S系看来时间同样膨胀了！,- 本征时间,X,结论：相对物体运动的参照系 ，观测物体经历的过程的时间延缓（膨胀）了，为本征时间的倍。又称爱因斯坦延缓。,反过来，若在S系某点x发 生一个过程（如举手） 经历了时间间隔：,17,注意:时间的延缓是时空的自身的一种特性,与过程是生物的,化学的还是
6、机械的无关! 包括人的生命。,双生子佯谬。(Twin Paradox) 一对双生兄弟：“明明”和“亮亮”,在他们20岁生曰的时候，明明坐宇宙飞船去作一次星际旅游，飞船一去一回作匀速直线运动,速度为0.9998C。明明在天上过了一年，回到地球时，亮亮已多大年龄?,18,取飞船为S系 地球为S系，飞船 飞出为事件“1”， 飞回为事件“2”。,对S系：,对S系：,=50年,明明,19,对S系：,取飞船为S系 地球为S系，飞船 飞出为事件“1”， 飞回为事件“2”。,对S系：,=50年,20,亮亮在地球上过了一年，亮亮给回来的明明洗尘，亮亮发现明明已经70岁了！,明明和亮亮到底是谁年轻呢？,明明在飞船
7、上过了一年，亮亮给回来的明明洗尘，明明发现亮亮已经70岁了！,有些人用这来攻击相对论。其实不是相对论有问题。是人们不恰当地应用了相对论。相对论只适用于惯性系，飞船一去一回要加速和减速，不是惯性系，因此飞船上的结论是不正确的。地球上亮亮年老的结论是正确的。,- 双生子佯谬,21,铯原子钟,1971年国际上将铯原子钟放在速度为10-6C的飞机上环绕地球飞行，然后与地面上的钟比较，发现飞机上的钟慢了。实际上是一个广义相对论的问题，此分析与广义相对论的结论一致。,22,时间延缓的实验验证：1966-1967年欧洲原子核研究中心（CERN）对粒子进行了研究。粒子是一种基本粒子，在静系中测得的寿命为0=2
8、.210-6秒。当其加速到v=0.9966C时,它漂移了八公里。,依牛顿定律,寿命不变，故漂移距离为:,依相对论:当粒子加速至於0.9966C时,寿命为:,故漂移的距离为:,与实验情况吻合得很好!,23,四 因果关系的绝对性,S系，两事件时空坐标,S系，两事件时空坐标,因果关系是绝对的，不可能颠倒。,24,例1 +介子，相对静止测得其寿命是2.6x108s，某加速器射出的带电+介子的速度为0.8c运动，那么在实验室中测得+介子的寿命多长？衰变前在实验室飞越的距离？,解：,25,例2 一短跑运动员在地球上测10s内跑完100m，在飞行速度为v0.98c的飞船中观测者看来，选手跑了多长距离和多长时间？,解：S系两个事件，起跑A(x1, t1)，终点B (x2, t2),依“LT”,26,小结,在狭义相对论中讨论运动学问题的思路如下：,1、确定两个作相对运动的惯性参照系；,2、确定所讨论的两个事件；,3、表示两个事件分别在两个参照系中的时空坐标或其时空间隔；,4、用洛仑兹变换讨论。,注意,1.固有时间一定是在某坐标系中同一地点发生的两个事件的时间间隔（用一只钟测的）；,2.固有长度一定是物体相对某参照系静止时物体两端的空间间隔。,3.运动物体的长度和空间间隔的区别。,有些情况很难判断哪一个是固有长度，哪一个是固有时间，这时可根据洛仑兹变换公式来计算！,27,作业 练习二十一,
