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10、火箭运动时当火箭运动时根据长度收缩的概念讨论根据长度收缩的概念讨论 电场强度的相对性电场强度的相对性第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论结论：结论：与运动方向垂直的电场强度增强与运动方向垂直的电场强度增强当火箭运动时当火箭运动时当火箭运动时当火箭运动时: :所以所以所以所以.哥哥哥哥Ey.弟弟弟弟Ey第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论.哥哥哥哥Ex.弟弟弟弟Ex问题：当火箭运动时问题：当火箭运动时问题：当火箭运动时问题：当火箭运动时第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论结论：结论：
11、与运动方向平行的电场强度不变与运动方向平行的电场强度不变当火箭运动时当火箭运动时当火箭运动时当火箭运动时: :所以所以所以所以.弟弟弟弟Ex.哥哥哥哥Ex第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论孪孪 生生 佯佯 谬谬第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论.36129弟弟弟弟.36912哥哥哥哥开始时先校正好时针开始时先校正好时针361293612936129361293612936129第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论.36129弟弟弟弟.36912哥哥哥哥一对孪生兄弟谁先老？一对孪
12、生兄弟谁先老？361293612936129361293612936129第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论.36129弟弟弟弟.36912哥哥哥哥注意！注意！运动的钟走得慢运动的钟走得慢361293612936129361293612936129一对孪生兄弟谁先老？一对孪生兄弟谁先老？第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论.36129弟弟弟弟.36912哥哥哥哥361293612936129361293612936129注意！注意！运动的钟走得慢运动的钟走得慢第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对
13、狭义相对论论论论.36129弟弟弟弟.36912哥哥哥哥361293612936129361293612936129注意！注意！运动的钟走得慢运动的钟走得慢第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论.36129弟弟弟弟.36912哥哥哥哥361293612936129361293612936129注意！注意！运动的钟走得慢运动的钟走得慢第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论.36129弟弟弟弟.哥哥哥哥36912361293612936129361293612936129注意！注意！运动的钟走得慢运动的钟走得慢第十五章第十五章
14、第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论.36129弟弟弟弟.36912哥哥哥哥361293612936129361293612936129注意！注意！运动的钟走得慢运动的钟走得慢第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论.36129弟弟弟弟.36912哥哥哥哥361293612936129361293612936129注意！注意！运动的钟走得慢运动的钟走得慢第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论.36129弟弟弟弟.36912哥哥哥哥361293612936129361293612936129注意！注意！运
15、动的钟走得慢运动的钟走得慢第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论.36129弟弟弟弟.36912哥哥哥哥361293612936129361293612936129注意！注意！运动的钟走得慢运动的钟走得慢第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论.36129弟弟弟弟.36912哥哥哥哥361293612936129361293612936129注意！注意！运动的钟走得慢运动的钟走得慢第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论.36129弟弟弟弟.36912哥哥哥哥3612936129361293
16、61293612936129注意！注意！运动的钟走得慢运动的钟走得慢第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论.36129弟弟弟弟.36912哥哥哥哥361293612936129361293612936129注意！注意！运动的钟走得慢运动的钟走得慢第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论.36129弟弟弟弟.36912哥哥哥哥361293612936129361293612936129注意！注意！运动的钟走得慢运动的钟走得慢第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论.36129弟弟弟弟.3691
17、2哥哥哥哥361293612936129361293612936129注意！注意！运动的钟走得慢运动的钟走得慢第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论.36129弟弟弟弟.36912哥哥哥哥361293612936129361293612936129注意！注意！运动的钟走得慢运动的钟走得慢第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论.36129弟弟弟弟.36912哥哥哥哥361293612936129361293612936129注意！注意！运动的钟走得慢运动的钟走得慢第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义
18、相对论论论论假定假定两个孪生子中的一个在宇宙飞船中（速两个孪生子中的一个在宇宙飞船中（速度度 ）， 按照飞船上的钟旅行时间按照飞船上的钟旅行时间 , ,则按地球时钟的时间则按地球时钟的时间为为t.t.设设 因此，如果因此，如果哥哥（宇航员）哥哥（宇航员）在出发时是在出发时是3030岁岁，那，那么他返回时是么他返回时是3535岁岁，而留在地球的，而留在地球的弟弟弟弟却是却是8080岁岁！ 我们立刻能想到一个我们立刻能想到一个问题问题：为什么不反过来呢？：为什么不反过来呢？要知道一切运动是相对的，要知道一切运动是相对的，哥哥（宇航员）哥哥（宇航员）可能认为可能认为飞船不动，地球朝相反的方向运动，这
19、样看，哥哥比飞船不动，地球朝相反的方向运动，这样看，哥哥比地球上的弟弟地球上的弟弟老多了！老多了！ 孪生佯谬孪生佯谬第十五章第十五章第十五章第十五章 狭义相对狭义相对狭义相对狭义相对论论论论孪生佯谬：孪生佯谬：设想有一对孪生兄弟，哥哥告别弟弟乘宇宙飞船去太设想有一对孪生兄弟，哥哥告别弟弟乘宇宙飞船去太空旅行。在各自的参考系中，由于时间延缓效应，空旅行。在各自的参考系中，由于时间延缓效应，在地球上的弟在地球上的弟弟看来，他认为哥哥比自己年轻。弟看来，他认为哥哥比自己年轻。而飞船上的哥哥认为弟弟也比而飞船上的哥哥认为弟弟也比自己年轻。自己年轻。假如飞船返回地球兄弟相见，到底谁年轻就成了难以假如飞船
20、返回地球兄弟相见，到底谁年轻就成了难以回答的问题。回答的问题。 问题的关键是，时间延缓效应是狭义相对论的结果，它要求飞问题的关键是，时间延缓效应是狭义相对论的结果，它要求飞船和地球同为惯性系。要想保持飞船和地球同为惯性系，哥哥和船和地球同为惯性系。要想保持飞船和地球同为惯性系，哥哥和弟弟就只能永别，不可能面对面地比较谁年轻。这就是通常所说弟弟就只能永别，不可能面对面地比较谁年轻。这就是通常所说的的孪生子佯谬（孪生子佯谬（twin paradox）。）。 如果飞船返回地球则在往返过程中有加速度，飞船就不是惯性如果飞船返回地球则在往返过程中有加速度，飞船就不是惯性系了。这一问题的严格求解要用到广义相对论，计算结果是，系了。这一问题的严格求解要用到广义相对论，计算结果是，兄兄弟相见时哥哥比弟弟年轻。弟相见时哥哥比弟弟年轻。这种现象，被称为这种现象，被称为孪生子效应。孪生子效应。 1971年，美国空军用两组年，美国空军用两组Cs（铯）原子钟做实验。发现绕地（铯）原子钟做实验。发现绕地球一周的运动钟变慢了球一周的运动钟变慢了20310ns，而按广义相对论预言运动钟变，而按广义相对论预言运动钟变慢慢184 23 ns，在误差范围内理论值和实验值一致，验证了孪生子，在误差范围内理论值和实验值一致，验证了孪生子效应。效应。
