第5章--狭义相对论(时空观).ppt

1、S系,S系,不同地点同时发生两事件A、B.,在 S系中A、B两事件不同时发生。,5.3 狭义相对论的时空观,一、同时性的相对性,火车参照系 S,地面参照系 S,S系中,同时,S系中,先,后,S系: 尺静止放在,轴上，,S,S,S系中:,观测者必须同时测,得,从S系测运动的尺在运动的方向上缩短(收缩),(原长),二、长度的收缩（运动的尺收缩）,长度收缩 效应 符合相对性原理：,S系: 尺静止放在,轴上，,S系中:,观测者必须同时测,得,从S系测运动的尺在运动的方向上也缩短(收缩)！符合相对性原理,(原长),S系,S系,同一地点两事件时间间隔,(原时),三、时间延缓（运动的时钟变慢）,如果在S系,

2、同一地点两事件时间间隔,(原时),也有,符合相对性原理,S系,时间延缓 效应 符合相对性原理：,u,u,S,一系列同步钟,可见S认为S的钟慢了，而S也认为S的钟慢了.,根据同时的相对性，S系认为对准的钟，S系认为没对准！,矛盾一开始就出现了。,时钟的校准：,与实验符合得很好。,时间延缓在研究介子的寿命时，得到了直接的验证。,例：,飞 船,地 球,问飞船上讲一节课用 1 小时，,地球上用几小时？,例1 一艘宇宙飞船的船身固有长度为 L0 =90m , 相对地面 以 u = 0.8c 的匀速度在一观测站的上空飞过。 （1） 观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？ （2） 宇航员测得船身通

3、过观测站的时间间隔是多少？,解： 1） 观测站测得船身的长度,通过观测站的时间间隔为,2） 宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为,或,例2 有一固有长度为 L0 的棒，在S系中沿 x 轴放置。另存在一S系，以 u 相对S 系沿 x 轴正方向运动。求：当棒在S系中沿轴以v 运动时，从S系中测得该棒的长度为多少？,解：当棒在 S 系中以v 运动时，在 S系看其速度为,因L0是相对棒静止的参照系中测得的长度,相当于：,洛伦兹变换,狭义相对论的基本假设,1）相对性原理,2) 光速不变原理,狭义相对论的时空观,1 . 同时性的相对性,不同地点同时发生两事件A、B.,在 另一个系中A、B两事件不同时发

4、生。,2 . 长度收缩 （运动的尺收缩）,运动的尺在运动的方向上(相对于原长)缩短(收缩),3 . 时间延缓 (运动的时钟变慢),S系中观测运动的钟(相对静止的钟)变慢(时间膨胀).,甲开枪,乙中弹倒下,vs,(x1,t1),(x2,t2),子弹速度,这里,S系,S系中观察,是否会有,甲先开枪，乙后中弹倒下。,乙先中弹倒下。甲后开枪！,（信号传递速度）,四、洛仑兹变换与事件的因果关系,例. 事件P1: 张家生了个小A,事件P2: 李家生了个小B,在S系，S 系中的时空坐标为:,若在地面S系看, 张家小A先出生， t2 - t1 0。,在飞船S系看, 必然也是张家 小A先出生吗？,根据 洛仑兹变

5、换,虽然 t2 - t1 0,但是, x1、x2 是可以取各种数值的,对于 x2-x1的不同情况来说， t(完全可以) 0；0；0 。,即两事件的时序完全可能颠倒。,但是,若小A，小B是一母所生,而且母亲是位旅行家,在 x1、t1 生了小A, 在 x2、t2 生了小B。,这时时序就不应颠倒了！,我们将上式中的 记作 vx ,这时，它是有物理意义的： -母亲旅行的平均速度。,孪生子佯谬.(Twin paradox)（选学内容）,一对孪生兄弟:“明明”和“亮亮”,在他们20岁生日的时候 ,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：,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：,加速 - 非惯性系,广义相对论,若用到一对夫妻身上（丈夫宇航）会怎样呢？,仙境一天，地面一年 (牛郎织女),20 岁和 71岁,初始,见面时,趣味之谈：,实验值： 绕地球一周的 运动钟变慢： 203 10