狭义相对论的时空观

一、同时的相对性,在经典物理学中两件事是否同时，无论从哪个参照系来看，结论都有是一致的。在相对论中呢？,设在K系中，发生两件事：,若同时：,狭义相对论的时空观,在K系来看，这两件事发生的时间是：,但K系不可能同时同地发生两件事（实物事件的不可重叠性）,设在S系中：,若同时：,但,即S系认为同时的两件事，S系测量是不同时的,在S系来看，这两件事发生间是：,火车上的观察者说：光源在火车中点，光速为C，故必同时到达车厢的接收器。,例：爱因斯坦火车,地面的观测者说：光在火车上先到达左侧的接收器，后到达右边的接收器,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。,二、长度的收缩,设一杆平行于X轴静止于K系，测得其长度：,（本征长度）,相对物体静止的参照系测得的长度称之为本征长度,K系来观测呢？同时测量杆的两端坐标值为,杆长,依洛伦兹变换,因为在K系中杆的两端是同时测量的，所以,K系看棒缩短了，为原长的倍,依洛伦兹变换(反),又若在K系中有一静止的棒，本征长,K系中观测棒长也是比本征长度短了,这时在K系看杆的长度,注意,2）长度收缩指的是沿运动方向上长度收缩,静长最长,例：一宇宙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：由题意，K系中飞船静长,故K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。,测量此空姐变苗条了！,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，而你认为同时时，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。,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，哪个参照系测量都是一样。相对论中呢？,X,设在K系同一地点发生一件事-举手,举手事件1,放下事件2,测得的时间,（本征时间）,由K系测得的时间,由洛伦兹变换,时间膨胀了，即K系观测时，过程变慢了。,X,由洛伦兹变换同样可得在K系：,即K系看来时间膨胀了,（本征）,如果换成K系来观测K系的钟呢？,运动的时钟变慢,结果一样！,我们看一雷达钟，,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=2.210-6秒.当其加速到v=0.9966C时,它漂移了九公里.,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!,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,化学的还是机械的无关!包括人的生命.为此介绍双生子佯谬.(Twinparadox),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?,取飞船为K系地球为K系，飞船飞出为事件“1”，飞回为事件“2”,对K系（明明）：,明明看K系的亮亮：,对K系（地球）亮亮：,亮亮看处于K系的明明：,因为亮亮在地球上过了一年，赶回来祝贺的是71岁的明明。,这就是双生子佯谬，明明和亮亮到底是谁年轻呢？人们迷惑不解。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。狭义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，里面有广义相对论效应。因此，只能称“佯谬”。,铯原子钟,1972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，发现飞机是的钟慢了。,不同时间发生的事情，在不同的参照系看来时序是可以颠倒的.但是有些事情时序是否也可以颠倒呢？如先播种、后收获，打兰球先出手后进球，乃至父母先生、儿女后生等类似的事情时序能否颠倒呢？,四、因果关系是绝对的，不因参照系的不同而颠倒,设K系X1处t1时刻发生事件“1”,X2处t2时刻发生事件“2”,这两件事在K系看来，发生在t1、t2时刻。则：,B）,由此看出时序颠倒的条件为：,1）不同两件事发生在不同地点，即,2）观测事件的参照系相对事件发生的地点有相对运动，即,A）,X2,例设父母一出世就随祖父母展转迁移从甲地到了乙地，在乙地父母生了自已的儿子。显然这是一个有因果关系的问题。因果关系能否颠倒呢？,X1,设地球为K系，飞船为K系,甲地（X1）处父母出生（t1）,乙地（X2）处儿子出生（t2），t2t1,现在从K系观测，设观测的时刻分别为t1、t2,时序能否颠倒呢？,事实上，只要有因果关系，就必然有联系，,投球，就有球从出手到进球的速度.所有这些都称为信号传递速度。,结论：有因果关系的问题的时序是不能颠倒的。尽管时空是相对的，但相对论中也有绝对的一面。否则成了相对主义了。,如:父母从甲地迁到乙地生下自已的儿子就必须有一迁移速度u,或者说：因果关系不能颠倒，导至,即因果关系不能颠倒导至信号传递速度不能超过光速C。光速C是最大信号传递的速度。,因果关系是绝对的，不可能颠倒。,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