15-3 狭义相对论的时空观.ppt

一同时的相对性狭义相对论的基本概念 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 结论 沿两个惯性系运动方向 不同地点发生的两个事件 在其中一个惯性系中是同时的 在另一惯性系中观察则不同时 所以同时具有相对意义 只有在同一地点 同一时刻发生的两个事件 在其他惯性系中观察也是同时的 在S系 在系同时同地发生的两事件 长度的测量和同时性概念密切相关 先记录后记录 二 长度的收缩 动尺缩短效应 爱因斯坦的观念 既然同时是相对的 那么长度的测量也是相对的 长度测量与参照系的运动有什么关系呢 标尺相对系静止 在S系中测量 在系中测量 固有长度 固有长度 在相对物体静止的参考系中所测得长度 洛伦兹收缩 长度收缩仅在运动方向上发生 长度收缩是空间的属性 是一种相对效应 此结果反之亦然 最长 例1设想有一光子火箭 相对于地球以速率飞行 若以火箭为参考系测得火箭长度为15m 问以地球为参考系 此火箭有多长 解 固有长度 在S系 例2一长为1m的棒静止地放在平面内 在系的观察者测得此棒与轴成角 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 设想系相对S系的运动速度 解 在系 弟弟在地球上测量到哥哥手中的圆变成椭圆 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 哥哥 弟弟 沿着运动方向的长度发生缩短 火箭变短 沿着运动方向的长度发生缩短 静止时 问题 当火箭运动时 根据长度收缩的概念讨论电场强度的相对性 结论 与运动方向垂直的电场强度增强 当火箭运动时 所以 沿着运动方向的长度发生缩短 问题 当火箭运动时 沿着运动方向的长度发生缩短 结论 与运动方向平行的电场强度不变 当火箭运动时 所以 运动的钟走得慢 三 时间的延缓 动钟变慢效应 系同一地点B发生两事件 在S系中观测两事件 时间间隔 固有时间 同一地点发生的两事件的时间间隔 时间延缓 运动的钟走的慢 固有时间 最短 两事件发生系同一地点 狭义相对论的时空观1 两个事件在不同的惯性系看来 它们的空间关系是相对的 时间关系也是相对的 只有将空间和时间联系在一起才有绝对的意义 2 时 空不互相独立 而是不可分割的整体 3 光速C是建立不同惯性系间时空变换的纽带 1 时间延缓是一种相对效应 测量结果与物质内部结构及变化无关 2 时间的流逝不是绝对的 运动将改变时间的进程 例如新陈代谢 放射性的衰变 寿命等 例3设想有一光子火箭以速率相对地球作直线运动 若火箭上宇航员的计时器记录他观测星云用去10min 则地球上的观察者测得此事用去多少时间 运动的钟似乎走慢了 解 设火箭为系 地球为S系 例4从地球上测得地球到最近的恒星距离是 设一架宇宙飞船以速度0 999C从地球飞向该恒星 求 1 飞船中的观测者测得地球和该恒星之间距离是多少 2 按地球上的时钟计算 飞船往返一次需要多少时间 3 若以飞船上的钟计算 往返一次的时间又是多少 解 1 将恒星看作相对地球静止 则 从地球上测量地球到恒星的距离为固有长度 则从飞船上测量的距离缩短为 2 在地球上看飞船往返所需时间为 例4从地球上测得地球到最近的恒星距离是 设一架宇宙飞船以速度0 999C从地球飞向该恒星 求 1 飞船中的观测者测得地球和该恒星之间距离是多少 2 按地球上的时钟计算 飞船往返一次需要多少时间 3 若以飞船上的钟计算 往返一次的时间又是多少 解 3 从飞船上看 飞船出发和回到地球这两件事在同一地点不同时间发生 则为固有时间 所以 例5父与子 解 1 2 例6尽快获知有无外星人的 好办法 某外星M离地球2万光年 即光从地球传播到该外星需2万年时间 某宇航员以速度u从地球出发驶向该外星 假设宇航员估计自己还能活100年 问 该宇航员是否可能在有生之年抵达外星 若可能 其速度u至少为多大 为使宇航员在有生之年抵达外星 必须 以地球为参照系 运动的宇航员的寿命 能 例7谁先动手 在一节长为100米的车厢里 A在车厢尾 B在车厢头 火车以0 6c的速度驶过一个站台时 站台上的人先看到A向B开枪 过了0 125微秒后 B向A开枪 问 在车上的乘客看来 是谁先开枪 两人开枪的时间差为多少 解 例8 介子是一种不稳定的粒子 从它产生到它衰变为 介子经历的时间即为它的寿命 已测得静止 介子的平均寿命 0 2 10 8s 某加速器产生的 介子以速率u 0 98c相对实验室运动 求 介子衰变前在实验室中通过的平均距离 解 对实验室中的观察者来说 运动的 介子的寿命 为 因此 介子衰变前在实验室中通过的距离d 为 两种时空观的对照 牛顿时空观认为 时间 空间是绝对的 绝对是指时间 空间与物质运动无关 与参考系无关 空间和时间也是彼此独立的 空间的度量与时间无关 时间的度量与空间无关 同时性也是绝对的 牛顿时空观反映在伽利略变换之中 狭义相对论时空观认为 时间 空间 运动三者是不可分割地联系着 时间 空间的度量是相对的 不同的惯性系没有共同的同时性 没有相同的时间 空间度量 狭义相对论时空观反映在洛仑兹变换之中 3 6 12 9 弟弟 哥哥 开始时先校正好时针 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 弟弟 哥哥 一对孪生兄弟谁先老 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 弟弟 哥哥 注意 运动的钟走得慢 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 一对孪生兄弟谁先老 3 6 12 9 弟弟 哥哥 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 注意 运动的钟走得慢 3 6 12 9 弟弟 哥哥 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 注意 运动的钟走得慢 3 6 12 9 弟弟 哥哥 3 6 12 9 注意 运动的钟走得慢 3 6 12 9 弟弟 哥哥 注意 运动的钟走得慢 3 6 12 9 弟弟 哥哥 注意 运动的钟走得慢 3 6 12 9 弟弟 哥哥 注意 运动的钟走得慢 3 6 12 9 弟弟 哥哥 注意 运动的钟走得慢 3 6 12 9 弟弟 哥哥 注意 运动的钟走得慢 3 6 12 9 弟弟 哥哥 注意 运动的钟走得慢 3 6 12 9 弟弟 哥哥 注意 运动的钟走得慢 3 6 12 9 弟弟 哥哥 注意 运动的钟走得慢 3 6 12 9 弟弟 哥哥 注意 运动的钟走得慢 3 6 12 9 弟弟 哥哥 注意 运动的钟走得慢 3 6 12 9 弟弟 哥哥 注意 运动的