2021-2022学年高二物理竞赛课件：相对论时空观_第1页
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1、相对论时空观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. 3） 时， .1）时间延缓是一种相对效应 . 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 . ）注意粒子加速器重要工具 大环是27公里长的强子对撞机，中间的环是质子同步加速器 欧洲核子研究中心坐落在日内瓦郊外的加速器文科物理 例 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

2、 10天, 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 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 介子的寿命多长？衰变前在实验室飞越的距离？8【例】孪生子佯谬和孪生子效应一对双生兄弟:“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?K系取飞船为S系地球为S系，飞船飞出为事件“1”，飞回为事件“2”对S系：对S系：你怎么这样老了！老朽70岁了！亮亮S

3、系K系取飞船为S系地球为S系，飞船飞出为事件“1”，飞回为事件“2”对S系：对S系：你怎么这样老了！老朽70岁了！K系亮亮 这样假如飞船返回地球兄弟相见，到底谁年轻就成了难以回答的问题。11 问题的关键是，时间延缓效应是狭义相对论的结果，它要求飞船和地球同为惯性系。要想保持飞船和地球同为惯性系，哥哥和弟弟就只能永别，不可能面对面地比较谁年轻。这就是通常所说的孪生子佯谬（twin paradox）。 如果飞船返回地球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到广义相对论，计算结果是，兄弟相见时哥哥比弟弟年轻。这种现象，被称为孪生子效应。 1971年，美国空军用两组Cs（铯

4、）原子钟做实验。发现绕地球一周的运动钟变慢了20310ns，而按广义相对论预言运动钟变慢184 23 ns，在误差范围内理论值和实验值一致，验证了孪生子效应。 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。12 有因果(有信息联系,vSc)的两个事件，发生的先后次序(因果性)是绝对的，在任何惯性系中都不应颠倒。uS？信息联系因果性的绝对性Svs后先13 在S系观察，先后次序不颠倒。同号。和，则因 无因果（无信息联系,vs可取任意值）的两个事件，发生的先后次序在不同惯性系可能颠倒。证明：因果关系是绝对的，不因参照系不同而颠倒。例一短跑运动员在地球上测10s内跑完100m，在飞行速度为v

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