li6狭义相对论2

1、五、五、相对论的运动学效应相对论的运动学效应 （满足满足特殊条件特殊条件的的洛伦兹变换下的结果）洛伦兹变换下的结果） 在不同惯性系中观察同一运动过程所经历的时间，其在不同惯性系中观察同一运动过程所经历的时间，其 结果是否相同？结果是否相同？ 在不同惯性系中测量同一运动所经历的空间，其结果在不同惯性系中测量同一运动所经历的空间，其结果 是否相同？是否相同？ 根本问题：时间和长度的测量 （1）时间延缓（时间膨胀时间延缓（时间膨胀、运动时钟变慢）效应、运动时钟变慢）效应 时间间隔的相对性时间间隔的相对性 一只一只静止静止在在S 系系中的时钟。中的时钟。 一个物理过程一个物理过程(两个事件两个事件)

2、：钟的指针从一刻度：钟的指针从一刻度 转到另一刻度。转到另一刻度。 S u ),( 11 tx ),( 22 tx S ),( 21 tx ),( 11 tx S u 事件事件1 ),( 11 tx ),( 11 tx),( 22 tx ),( 21 tx 事件事件2 u特殊条件特殊条件：两个事件在某一参照系中：两个事件在某一参照系中同地同地 发生（如：在发生（如：在S 系中同地发生）系中同地发生） 12 xx 在在此参照系此参照系(S 系系)中同一地点发生的两个事中同一地点发生的两个事 件的时间间隔为件的时间间隔为 : 0 021 tt 在其他任何惯性参照系在其他任何惯性参照系(S系系)中这

3、同样两个事中这同样两个事 件的时间间隔件的时间间隔 : t 2 2 2 1 u c u c tx t 0 0 x t 代入代入 2 2 0 1 u c t 则则: : 1 1）固有时间（固有时间（原时原时） 2 2）观察时间观察时间 一个物理过程用相对于它一个物理过程用相对于它运动运动的惯性系的惯性系上的标准时上的标准时 钟测量到的时间，称为钟测量到的时间，称为观察时间（测时）观察时间（测时）。用。用 表示。表示。t 3 3）原时最短）原时最短 观察时间膨胀观察时间膨胀 一个物理过程用相对于它一个物理过程用相对于它静止静止的惯性系的惯性系上的标准时上的标准时 钟测量到的时间，称为钟测量到的时间

4、，称为固有时间（固有时间（原时原时）。用。用 表示。表示。 0 在一个惯性系中观测，另一个做匀速直线在一个惯性系中观测，另一个做匀速直线 运动的惯性系中同地发生的两个事件的时间间运动的惯性系中同地发生的两个事件的时间间 隔变大隔变大。这称为这称为时间延缓效应时间延缓效应( (Einstein延缓延缓) )。 因为任何过程都是由一系列相继发生的事因为任何过程都是由一系列相继发生的事 件构成的，所以时间延缓效应表明：件构成的，所以时间延缓效应表明： 例如，与例如，与S S系中一系列静止同步钟的系中一系列静止同步钟的“1 1秒秒” 相比，运动钟的相比，运动钟的“1 1秒秒”长长 动钟变慢。动钟变慢。

5、 在一个惯性系中观测，运动惯性系中的任在一个惯性系中观测，运动惯性系中的任 何过程（包括物理、化学和生命过程）的节奏何过程（包括物理、化学和生命过程）的节奏 变慢。变慢。 讨论讨论 时间延缓效应在高能物理实验中时间延缓效应在高能物理实验中 得到实验证明得到实验证明: 介子、介子、 介子。介子。 运动时钟变慢完全来自于运动时钟变慢完全来自于相对性相对性 时空时空效应。效应。 在求解涉及在求解涉及同地同地发生的事件的问题时，为了发生的事件的问题时，为了 计算方便一般应该计算方便一般应该先确定哪个是原时先确定哪个是原时( (同地时同地时) ) ，然后再找出对应的测时。，然后再找出对应的测时。 低速下

6、趋于伽利略变换。低速下趋于伽利略变换。 在对称情况下，时间延缓是相对的。在对称情况下，时间延缓是相对的。 例例 飞船以飞船以 （32400km/h）的速率）的速率 相对地面飞行。飞船上的钟走了相对地面飞行。飞船上的钟走了5秒，问用地秒，问用地 面上的钟测量经过了几秒？面上的钟测量经过了几秒？ m/su 3 109 原时原时s s5 t s cu t t000000002. 5 103 109 1 5 1 2 8 3 22 测时测时=?=? 低速情况，低速情况，时间延缓效应时间延缓效应很难发现！很难发现！ 定义事件定义事件 时间延缓效应的实验验证时间延缓效应的实验验证 子的寿命实验子的寿命实验

7、子在高空大气顶层形成，静止平均寿命为子在高空大气顶层形成，静止平均寿命为 2.15 10 6s，速率为 ，速率为0.995c。 若无时间膨胀效应若无时间膨胀效应 ，只能走，只能走640m就消失了，地面观测不到。就消失了，地面观测不到。 10995. 011 2 在地面上看其寿命膨胀在地面上看其寿命膨胀 倍，倍， 衰变前可飞行衰变前可飞行6400m, , 实际上可到达地面。实际上可到达地面。 B.Rossi, D.B.Hall 1941 例例 一艘飞船以一艘飞船以0.980.98c c的速度相对地球飞行，假的速度相对地球飞行，假 如飞船上一只钟显示飞行了如飞船上一只钟显示飞行了5 5分钟，那么地

8、面上分钟，那么地面上 的观测者认为这艘飞船飞行了多长时间？的观测者认为这艘飞船飞行了多长时间？ 原时原时 mint5 min cu t t25 98. 01 5 1 222 测时测时=?=? 孪生子效应孪生子效应（twin effect） 2020岁时，岁时，哥哥哥哥从地球出发乘飞船运行，从地球出发乘飞船运行，1010年年 后再回到地球，后再回到地球，弟兄见面的情景？弟兄见面的情景？ cu999. 0 哥哥测的是原时，弟弟测的是两地时哥哥测的是原时，弟弟测的是两地时 2 2 1 c u ty0447. 0 20.5 岁和岁和 30岁岁 飞船速度飞船速度 孪生子佯谬和孪生子效应孪生子佯谬和孪生子

9、效应 设想有一对孪生兄弟，哥哥告别弟弟乘宇宙飞船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。由于时间延缓效应，去太空旅行。由于时间延缓效应，在地球上的弟弟看在地球上的弟弟看 来，飞船上的哥哥比自己年轻。来，飞船上的哥哥比自己年轻。而飞船上的哥哥认为而飞船上的哥哥认为 弟弟也比自己年轻。弟弟也比自己年轻。 到底谁年轻就成了难以回答的问题。到底谁年轻就成了难以回答的问题。 这就是通常所说的这就是通常所说的孪生子佯谬孪生子佯谬（twin paradox）。 如果飞船返回地球如果飞船返回地球, , 则在往返过程中有加速度，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

10、到广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，义相对论，计算结果是，兄弟相见时哥哥比弟弟年轻兄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。 19711971年，美国空军用两组年，美国空军用两组CsCs（铯）原子钟做实验铯）原子钟做实验 。发现绕地球一周的运动钟变慢了。发现绕地球一周的运动钟变慢了2032031010nsns，而按广，而按广 义相对论预言运动钟变慢义相对论预言运动钟变慢1841842323nsns，在误差范围内理，在误差范围内理 论值和实验值一致，验证了孪生子效应。论值和实验值一致，验证了孪生子效应。 问题的关键是

11、，时间延缓效应是狭义相对论的结问题的关键是，时间延缓效应是狭义相对论的结 果，它要求果，它要求飞船和地球同为惯性系飞船和地球同为惯性系。要想保持飞船和。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。对面地比较谁年轻。 利用飞机进行运动时钟变慢效应的实验利用飞机进行运动时钟变慢效应的实验 烂柯传说烂柯传说 晋朝有一位叫王质的人，一天他到晋朝有一位叫王质的人，一天他到 信安郡的石室山（今浙江省衢县）去打信安郡的石室山（今浙江省衢县）去打 柴。看到一童一叟在溪边大石上正在下柴。看到一童一叟在溪边大石上正在下 围棋，于是

12、把砍柴用的斧子放在溪边地围棋，于是把砍柴用的斧子放在溪边地 上，驻足观看。看了多时，童子说上，驻足观看。看了多时，童子说“你你 该回家了该回家了”，王质起身去拿斧子时，一，王质起身去拿斧子时，一 看斧柄（柯）已经腐朽了，磨得锋利的看斧柄（柯）已经腐朽了，磨得锋利的 斧头也锈得凸凹不平了。王质非常奇怪斧头也锈得凸凹不平了。王质非常奇怪 。回到家后，发现家乡已大变样。无人。回到家后，发现家乡已大变样。无人 认得他，提起的事，有几位老者，都说认得他，提起的事，有几位老者，都说 是几百年前的事了。原来王质误入仙境是几百年前的事了。原来王质误入仙境 ，遇到了神仙，遇到了神仙，仙界一日，人间百年。仙界一日

13、，人间百年。 列仙传列仙传：周灵王子子晋，学仙，：周灵王子子晋，学仙， 过七日，于缑山出现，已到晋朝。故有诗过七日，于缑山出现，已到晋朝。故有诗 曰：曰：王子去求仙，丹成入九天。王子去求仙，丹成入九天。洞中方七洞中方七 日，世上几千年。日，世上几千年。 天上一日，下界一年。 西游记 生命在于运动！生命在于运动！ 例例 子是一种基本粒子，在相对于子是一种基本粒子，在相对于 子静止的子静止的 坐标系中测得其寿命为坐标系中测得其寿命为 ，如果，如果 子子 相对于地球的速度为相对于地球的速度为 （c为真空中光为真空中光 速），则在地球坐标系中测出的速），则在地球坐标系中测出的 子的寿命子的寿命 6 0

14、 2 10s 0.988uc ? 0 2 2 1 u c 5 1.29 10 s 例例 带正电的带正电的 介子是一种不稳定的粒子，当它介子是一种不稳定的粒子，当它 静止时，平均寿命静止时，平均寿命 t =2.5 10-8s，然后衰变为一，然后衰变为一 个个 介子和一个中微子。在实验室产生一束介子和一个中微子。在实验室产生一束v =0.99c的的 介子，并测得它在衰变之前通过的平介子，并测得它在衰变之前通过的平 均距离为均距离为52m。这些测量结果说明什么？。这些测量结果说明什么？ 在实验室中观察，考虑时间膨胀效应：在实验室中观察，考虑时间膨胀效应： 0 2 1 () t v c 则则: 87

15、0.99 3 101.77 1052.6lv tm 解：解： 0 t 它走过的距离应为：它走过的距离应为： 0 lv = 2.5 10-8s 88 105 . 210399. 0 m4 . 7 2 8 99. 01 105 . 2 =1.77 10-7s 静止时平均寿命为静止时平均寿命为原时原时： 例例 火箭相对于地面以火箭相对于地面以 v = 0.6c（c为真空中光为真空中光 速速）匀速飞离地球。在火箭发射匀速飞离地球。在火箭发射 t=10s 后（火后（火 箭上的钟），该火箭向地面发射一导弹，其速箭上的钟），该火箭向地面发射一导弹，其速 度相对于地面为度相对于地面为 v1 = 0.3c，问火

16、箭发射后多长时，问火箭发射后多长时 间，导弹到达地球（地球上的钟）？计算中假间，导弹到达地球（地球上的钟）？计算中假 设地面不动。设地面不动。 发射导弹处发射导弹处 1 t 2 t 解：解：火箭飞离地球到发射导弹经火箭飞离地球到发射导弹经 历的时间间隔历的时间间隔 地球上看地球上看: 火箭上看：火箭上看： 10ts 0 1 22 22 10 12.5 (0.6 ) 11 t ts VC CC 地球上看地球上看: 火箭飞离地球到发射导弹经历的空间火箭飞离地球到发射导弹经历的空间 间隔（上升距离）间隔（上升距离） 1 0.612.5xV tC 地球上看：地球上看： 2 1 0.612.5 25 0

17、.3 xC ts VC 火箭发射导弹到导弹到达地球经历的火箭发射导弹到导弹到达地球经历的 时间间隔时间间隔 地球上观察者观察到的总时间间隔地球上观察者观察到的总时间间隔 12 37.5ttts 因果律因果律 2 2 12 2 12 12 1 c u xx c u tt tt 时序时序: 两个事件发生的时间顺序两个事件发生的时间顺序 两个事件发生的先后次序在不同惯性系两个事件发生的先后次序在不同惯性系 可能颠倒。可能颠倒。 书书 P.315 例例6.7 事件事件1： 子弹出膛子弹出膛 子弹子弹 在实验室参考系中，应在实验室参考系中，应先开枪后中靶，先开枪后中靶， 在高速运动的参考系中，能否在高速

18、运动的参考系中，能否先中靶，后开枪？先中靶，后开枪？ 不能！有不能！有因果关系因果关系的两事件的时序不会颠倒的两事件的时序不会颠倒！ 事件事件2： 中靶中靶 为什么？为什么？ 12 12 tt xx vs 因果关系：因果关系：A引起引起B发生，必然发生，必然传递作用或信号，传递作用或信号， 传递速度传递速度! cvs 无因果无因果（无信息联系（无信息联系, ,v vs s可取任意值可取任意值）的两个事件，的两个事件， 发生的先后次序在不同惯性系可能颠倒。发生的先后次序在不同惯性系可能颠倒。 有因果有因果（有信息联系（有信息联系, ,v vS Sc c）的两个事件，发生的的两个事件，发生的 先后

19、次序先后次序( (因果性）是绝对的，在任何惯性系中都不因果性）是绝对的，在任何惯性系中都不 应颠倒。应颠倒。 （2）长度收缩（动尺缩短）效应）长度收缩（动尺缩短）效应 空间距离的相对性空间距离的相对性 设在设在S系内有一根平行于系内有一根平行于 x 轴的轴的静止静止的杆，杆的两个的杆，杆的两个 端点坐标为端点坐标为x1 、x2 。位于。位于S系中的观察者测得的杆长系中的观察者测得的杆长 为为 l0 = x2 - - x1，则则S系中的观察者测得的杆长？系中的观察者测得的杆长？ 如何测量如何测量 x1 、x2？ x S u S ox x1x2 l l0 x2x1 同时测！同时测！ 即：即： 21

20、 tt 时，时， 21 lxx 特殊条件：特殊条件：在相对于尺子（棒）运动的参照系在相对于尺子（棒）运动的参照系 中（如：在中（如：在S S系中）要系中）要同时同时记录尺子（棒）两记录尺子（棒）两 端的坐标。端的坐标。 在相对于尺子（棒）静止的参照系中（如：在在相对于尺子（棒）静止的参照系中（如：在 S系中）系中） : 021 lxx 根据洛伦兹变换：根据洛伦兹变换： 2121 21 2 ()() 1( ) u c xxu tt xx 2 0 1( ) u c ll 1 1）固有长度（原长、静长）固有长度（原长、静长） 棒相对观察者静止时测得它的长度称为固有固有 长度，长度，用 表示。 0 l

21、 2）运动长度（动长）运动长度（动长） 棒相对观察者匀速运动时测得它的长度称为 运动长度，运动长度， 用 表示。 l 3）原长最长，运动长度（动长）收缩）原长最长，运动长度（动长）收缩 这表明固定于这表明固定于S系中的杆，在相对它以速度系中的杆，在相对它以速度u运动运动 的的S系中，杆长度减小，此结果称为系中，杆长度减小，此结果称为洛仑兹收缩。洛仑兹收缩。 ?! 例例 长度为长度为5m的飞船，相对地面的速度为的飞船，相对地面的速度为 m/s 3 109 ，在地面测量飞船长度（测长）为在地面测量飞船长度（测长）为 m999999998. 4 m)103/109(15 283 l 长度收缩效应很难

22、测出。长度收缩效应很难测出。 求有关问题时先确定哪个是测长求有关问题时先确定哪个是测长，再，再找原长。找原长。 纵向效应纵向效应: 垂直运动方向长度不变垂直运动方向长度不变 2 2 0 1 c u VV 若均匀带电若均匀带电Q 电量是相对论不变量电量是相对论不变量 在低速下在低速下 伽利略变换伽利略变换 2 2 0 1 c u V Q V Q 2 2 0 1 c u ll a u 高速运动高速运动 的立方体的立方体 x S o u S o S o u 0 l A S o B L A L S S 0 l A B o o )(a )(b)(c 0 l B 0t 时刻时刻 相对效应相对效应 （1）原

23、时：）原时：一定涉及到一定涉及到一只钟一只钟指示的时间间隔指示的时间间隔 或者说在使用必须存在的条件：或者说在使用必须存在的条件： )0( 0 x x （2）静长）静长(原长原长)：一定涉及到两个一定涉及到两个同时同时发生的发生的 事件的空间距离，或者说在使用时必须存在的事件的空间距离，或者说在使用时必须存在的 条件是：条件是： )0( 0 t t 注意：注意：两效应的特殊条件两效应的特殊条件 例例 有一细棒固定在有一细棒固定在S S系中，它与系中，它与ox 轴的夹角轴的夹角 为为3030o o，如果，如果S S系以速度系以速度u沿沿ox方向相对于方向相对于S S系运系运 动，动，S S系中观

24、察者测得细棒与系中观察者测得细棒与ox轴的夹角轴的夹角( )( )。 （A）等于）等于3030o o （B）大于）大于3030o o ( (C) ) 小于小于3030o o l=? ? 在地面在地面S系中测量时，系中测量时，y方向的分量长度不变，方向的分量长度不变，x方向的方向的 分量长度要收缩分量长度要收缩 1 : xxx S yy 0 0 cos : sin xl S yl yy tgtg xx u x x y y s s l0 例例 在在O参照系中，有一个静止的正方形，其面参照系中，有一个静止的正方形，其面 积为积为100cm2。观测者。观测者O以以0.8c的匀速度沿正方形的匀速度沿正方

25、形 的对角线运动的对角线运动, 求求O所测得的该图形的面积。所测得的该图形的面积。 B A a u a 解：解： 在在O参照系中，参照系中，A、B间对角线长度间对角线长度 在在O参照系中，参照系中，A、B间长度间长度 2la 2 2 1 u ll c 20.6a O 所测得的该图形的面积 所测得的该图形的面积 2 60cm 例例 在在K惯性系中，相距惯性系中，相距 的两个地的两个地 方发生两事件，时间间隔方发生两事件，时间间隔 ；而在相；而在相 对于对于K系沿正系沿正x方向匀速运动的方向匀速运动的K系中观测到这系中观测到这 两事件却是两事件却是同时同时发生的。试计算在发生的。试计算在K系中发生

26、系中发生 这两事件的地点间的距离是多少？这两事件的地点间的距离是多少？ 6 5 10 xm 2 10ts 解：解：2 2 1 u xx c 2 2 2 1 u tx c t u c 0 22 ()()xxc t 6 4 10 m 2 2 1 xu t x u c 方法二方法二: : 2 2 1( ) u c u tx c t 0 t 6 5 10 xm 2 10ts 22 ()()xxc t 6 4 10 m 例例 一列高速火车以速度一列高速火车以速度u驶过车站时，固定在驶过车站时，固定在 站台上的两只机械手在车厢上站台上的两只机械手在车厢上同时同时划出两个痕划出两个痕 迹，静止在站台上的观察

27、者同时测出两痕迹之迹，静止在站台上的观察者同时测出两痕迹之 间的距离为间的距离为1m，则车厢上的观察者应测出这两，则车厢上的观察者应测出这两 个痕迹之间的距离为多少？个痕迹之间的距离为多少？ 解：解： 车厢上的观察者测出的这两个痕迹车厢上的观察者测出的这两个痕迹 之间的距离之间的距离=原长原长 静止在站台上的观察者同时测出两痕迹之间静止在站台上的观察者同时测出两痕迹之间 的距离：的距离： 0 l 2 02 1 u ll c 0 2 2 1 1 l u c 例例 观测者甲和乙分别静止于两个惯性参照系观测者甲和乙分别静止于两个惯性参照系 K和和K中，甲测得在同一地点发生的两个事件中，甲测得在同一地

28、点发生的两个事件 的时间间隔为的时间间隔为4s，而乙测得这两个事件的时间，而乙测得这两个事件的时间 间隔为间隔为5s，求（，求（1）K相对于相对于K的运动速度；的运动速度； （2）乙测得这两个事件发生的地点的距离。）乙测得这两个事件发生的地点的距离。 K系中甲看：系中甲看：两个事件两个事件 0 4 x ts K系中乙看：系中乙看： 两个事件两个事件 5ts （1）解：解： 2 2 2 1 u tx c t u c 根据洛伦兹变换式有根据洛伦兹变换式有 2 2 1 c u t smcu/108 . 1 5 3 8 0 2 2 1 t u c 或或 （2） 8 21 2 2 9 10 1 xu t

29、 xxxm u c 六、相对论速度变换六、相对论速度变换 1. 1. 速度的定义速度的定义 2. 2. 洛仑兹变换洛仑兹变换速度变换速度变换 同一参考系中同一参考系中坐标对时间的变化率坐标对时间的变化率 S S系系： t z v t y v t x v zyx d d d d d d d d d d d d , S S系系： t z v t y v t x v zyx d d d d d d d d d d d d , 相对论速度变换及逆变换：相对论速度变换及逆变换： 22 2 22 2 2 1 1 1 1 1 cu c uv v v cu c uv v v c uv uv v x z z x

30、 y y x x x 22 2 22 2 2 1 1 1 1 1 cu c vu v v cu c vu v v c vu uv v x z z x y y x x x 2. 2. 当当v v= =c c时，得时，得v v = =c c 与光速不变原理一致。与光速不变原理一致。 3. 3. 当当v c时，得时，得v c 不可能通过参考系变换实现超光速！不可能通过参考系变换实现超光速！ 讨论：讨论： uvv 1. 1. 对对uc，vxc情况情况伽利略速度变换伽利略速度变换 xx v vv vv vv v ,设设 4. 4. 对于一维运动对于一维运动 0 zyzy v vv vv vv v , 1

31、 2 c u u v v v v v v 2 1 c u u v v v v v v SS u c 火车火车 “追光实验追光实验” v= c-u? 例例 追光实验追光实验 c c uc uc c uv uv v 2 2 1 1 cv v= c 例例 设想一设想一飞船飞船以以0.80c 的速度在地球上空飞行，的速度在地球上空飞行， 如果这时从如果这时从飞船上飞船上沿速度方向发射一物体，物体沿速度方向发射一物体，物体 相对飞船速度为相对飞船速度为0.90c 。 问：从地面上看物体速度多大？问：从地面上看物体速度多大？ 解：解： 选飞船参考系为选飞船参考系为S系系 地面参考系为地面参考系为S系系 x

32、 u S S xx cu80.0 c x 90.0 x x x c u u 2 1 90.080.01 80.090.0 cc c99.0 例例 求求S系中光的速率和传播方向系中光的速率和传播方向 x y z 0, 0 zyx vvvc c 求求S 系中的光速系中的光速 （速率、方向）（速率、方向） S 系中的光速系中的光速 u c u u c vu uv v x x x 22 0 1 0 1 22 2 2 2 2 2 2 1 0 1 1 1 uc c u c u c c u c vu v v x y y 01 0 1 0 1 1 2 2 2 2 2 2 c u c uc u c vu v v

33、 x z z 0, 22 zyx vucvuvS 系中光速系中光速： c c d t 2 t c c2-u2 2/ 1 2 22 tu d t t u c c u u c u uc tg 光速不变是指光光速不变是指光传播的速率不变传播的速率不变，并非光并非光 传播的方向不变传播的方向不变！ u 同时性的相对性同时性的相对性 运动的时钟变慢运动的时钟变慢 运动的尺子缩短运动的尺子缩短 0, 0tt 0 2 1() t v c 2 0 1() v LL c 爱因斯坦时空观小结爱因斯坦时空观小结: : 1. 牛顿时空观在高速运动领域不成立牛顿时空观在高速运动领域不成立 2. 爱因斯坦相对性原理爱因斯

34、坦相对性原理 3. 光速不变原理光速不变原理 4. 由洛仑兹变换得出的相对论效应由洛仑兹变换得出的相对论效应 原长最长原长最长 原时最短原时最短 两种时空观对照两种时空观对照 空间是绝对的，时间是绝对的，空间、时间和空间是绝对的，时间是绝对的，空间、时间和 物质运动三者没有联系。物质运动三者没有联系。 经典时空观：经典时空观： 相对论时空观：相对论时空观： 1. 1. 时间、空间有着密切联系，时间、空间与物质时间、空间有着密切联系，时间、空间与物质 运动是不可分割的。运动是不可分割的。 2. 2. 不同惯性系各有自己的时间坐标，并相互发现对不同惯性系各有自己的时间坐标，并相互发现对 方的钟走慢

35、了。方的钟走慢了。 3. 3. 不同惯性系各有自己的空间坐标，并相互发现对不同惯性系各有自己的空间坐标，并相互发现对 方的方的“尺尺”缩短了。缩短了。 4. 4. 作相对运动的两个惯性系中所测得的运动物体的作相对运动的两个惯性系中所测得的运动物体的 速度，不仅在相对运动的方向上的分量不同，而速度，不仅在相对运动的方向上的分量不同，而 且在垂直于相对运动方向上的分量也不同。且在垂直于相对运动方向上的分量也不同。 5. 5. 光在任何惯性系中传播速度都等于光在任何惯性系中传播速度都等于c c，并且是任，并且是任 何物体运动速度的最高极限。何物体运动速度的最高极限。 6. 6. 在一个惯性系中同时发

36、生的两事件，在另一惯性在一个惯性系中同时发生的两事件，在另一惯性 系中可能是不同时的。系中可能是不同时的。 相相 对对 论论 四四 维维 时时 空空 结结 构构 对任意两个事件，对任意两个事件，S不一定为不一定为0，可将其分成三类可将其分成三类： 若两事件可用光信号联系，则若两事件可用光信号联系，则 r = ct，S2=0 若两事件用低于光信号速度的作用联系，则若两事件用低于光信号速度的作用联系，则r 0 若两事件的空间距离超过了光波在时间若两事件的空间距离超过了光波在时间 t 所传播的所传播的 距离，此时距离，此时 r ct，S2 0 以事件以事件1为时空坐标原点（为时空坐标原点（0, 0, 0, 0），设事件），设事件2的的 时空坐标为（时空坐标为（x, y, z, t )，则这两个