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15 2时间和空间的相对性 在经典物理家的头脑中 如果两个事件在一个参考系中看来是同时的 在另一个参考系中看来也一定是同时的 但是如果接受爱因斯坦的两个假设 我们会得出 同时是相对的 这样一个结论 一 同时 的相对性 车厢上的人和地面上的人看到车厢中间灯光到达前后车厢的先后是不一样的 车上的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁站台上的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁 结论 1 对于运动的火车上同时发生的两个事件 对于地面就不是同时的关键 在各个参考系中光速都为c2 地面上同时发生的两个事件 对于运动的火车也不是同时的关键 相对运动 课本p108思考与讨论 二 长度的相对性 v 车上的人看到的车厢的长度 车外的人看到的车厢的长度 注意 长度缩短效应只发生在相对运动的方向上如上例中的x轴方向上 在y轴方向上无长度缩短效应 动尺变短 空间收缩效应 结论一条沿自身长度方向运动的杆 其长度总比杆静止时的长度小 斐克小伙剑术精 出刺迅捷如流星 由于空间收缩性 长剑变成小铁钉 三 时间间隔的相对性 在站台上看运动火车上的钟 在火车上看运动站台上的钟 高速运行的列车上 由车厢底部发出的闪光 对于车上的人来说 闪光是在竖直方向反射的 而车厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的 由光速不变原理便得到不同的时间间隔 对于车厢内的人 对于车厢外的人 h 相对速度与动钟延缓效应 1s v 米 秒 0 1c 3 1070 5c0 8c0 9c0 99c0 999c0 9998c t 秒 1 011 151 672 297 122 450 四 时空相对性的实验验证 根据相对论 时间在运动中会进行的比较缓慢 也就是说 在空间中高速移动的时钟 比固定于地面上的时钟走得慢 1971年 科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞行 然后与地面的基准钟对照 实验结果与理论预言符合的很好 这是相对论的第一次宏观验证 早在1941年 科学家通过对宇宙线的观测证实了相对论的结论 美国科学家罗西和霍尔在不同高度统计了宇宙线中 子的数量 结果与相对论预言完全一致 当两个参考系的相对速度可与光速相比时 时间与空间的相对性才比较明显 狭义相对论的结论已经完全得到证实 实际上它已经成为微观粒子研究的基础之一 牛顿物理学的绝对时空观 物理学的空间与时间是绝对分离没有联系的 脱离物质而单独存在 与物质的运动无关 而相对论认为 有物质才有时间和空间 空间和时间与物体的运动状态有关 人类对于空间 时间更进一步的认识而形成的新的时空观 是建立在新的实验事实和相关结论与传统观念不一致的矛盾基础
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