电动力学课件6-3相对论时空理论.ppt

狭义相对论,西华师范大学重点建设课程,第六章第三节,相对论时空理论,3 相对论时空理论,一 相对论时空结构,1、光锥- 间隔分类的几何意义,机动 目录 上页 下页 返回 结束,二 因果律和相互作用的最大传播速度,有因果关系的事件之间可用光和小于光速的信号联系，发生于光锥之内。事件先后顺序在各个参考系都不会改变。这是因果律成立的必要条件。,1、相对论时空理论不破坏因果律,2、相互作用的最大传播速度,机动 目录 上页 下页 返回 结束,三 同时的相对性,1、同时同地事件,结论：同时同地两事件，在任何惯性系中仍是同时同地事件,2、同地不时同事件,结论：同地不同时两事件， 在其他惯性系中一般为不同地不 同时事件，但时间顺序不会颠倒，即因果律不变。,3、同时不同地事件,结论：同时不同地两事件，在其他惯性系中一般为不同时、不 同地事件 。,同时的相对性：不同的惯性系时间不再统一，否定了绝对时空,机动 目录 上页 下页 返回 结束,结论：有因果关系的事情在任何惯性系都不会改变。,例：在系中观测石家庄和北京在同一时刻出生了两个小孩，在系（如坐飞船，v 接近光速）观测结果如何？又:一个生孩子的过程在不同惯性系的观测结果如何？,飞船从石家庄北京,北京的小孩先出生。,飞船从北京石家庄,北京的小孩后出生。, 讨论生孩子的过程,出生开始为P1，结束为P2，,出生过程在任何惯性系都不会颠 倒，但过程的时间间隔不同。,(1)从飞船上观测,机动 目录 上页 下页 返回 结束,四 洛伦兹变换下的速度变换公式,伽利略速度变换：,机动 目录 上页 下页 返回 结束,分 析,机动 目录 上页 下页 返回 结束,二 长度收缩 ( length contraction ), 根据经典理论：,1.运动长度收缩, 根据相对论理论：,在同一时刻测量长度,结论:运动尺子长度沿运 动方向收缩。,机动 目录 上页 下页 返回 结束,若尺子放在 系中，,例如：一汽车,若速度,若速度,机动 目录 上页 下页 返回 结束,思考问题,考虑到尾端的推进，应为,机动 目录 上页 下页 返回 结束,三 时间延缓（time dilation）, 根据经典理论：, 根据相对论理论：,固有时（原时）,因相对观察者运动的钟比静止的钟走得慢，该效应又称运动时钟减慢效应。,机动 目录 上页 下页 返回 结束, 在不同惯性系中测量给定两事件之间的时间间隔，测,得的结果以原时最短。,讨论, 从狭义相对论的基本假设，可直接导出时间延缓效应,经历的时间,测量的时间,可导出测量时间为,机动 目录 上页 下页 返回 结束, 爱因斯坦延缓 运动参考系中的时间节奏变缓了。在其中，,一切物理过程、化学过程、乃至观测者自己的生命节奏都变缓。, 对于狭义相对论爱因斯坦延缓是相对的。,机动 目录 上页 下页 返回 结束,例3,子是1936年由安德森（C. D. Anderson）等人在宇宙线,中发现的。它可自发的衰变为一个电子和两个中微子。 自发衰,变的平均寿命,子。,地球上层大气中时，会形成丰富的,，当高能宇宙射线质子进入,在离地面,高空产生的,设来自太空的宇宙线,子，可否在衰变前到达地面？,已知,子相对于地球的运动速率为,粒子寿命内，S 系运动距离,机动 目录 上页 下页 返回 结束, 孪生子效应（孪生子佯谬）简介,明明,亮亮,亮亮,亮亮,明明,究竟谁年轻？,1 具有加速度，超出了狭义相对论的理论范围。,相对于惯性系转速越大的钟走得越慢与孪生子效应一致。,机动 目录 上页 下页 返回 结束,解：先求尺的固有长度 ，由尺缩,（3）求 测到的尺长，由尺长收缩,例4：在 系中测得一直尺长度为 ，运动速度为 ，方向沿 正向。而 相对 以v沿x正向运动。问在 系中测到的尺长是多少？,（2）再求尺相对 的速度 ，尺相对 系的速度为 。利用反变换：,机动 目录 上页 下页 返回 结束,例5：设某物体内部由两事件P1和P2 发生。在系的观察者测到该物体以速度u0 沿x正向运动， P1、 P2 发生的时间间隔为t。今有系相对以速度v沿x反方向运动，则P1、 P2 两事件的固有时间间隔为多少？在系测得的P1、 P2两事件的时间间隔为多少？,机动 目录 上页 下页 返回 结束,作为课堂练习,答案,习题： P290：2、3、5、6、7、8、9,思考题2： 一个人扛一个固有长度为L的梯子，以相对地面速度v冲进一个固有长度为L的厂房。当梯子末端刚进厂