物理舊課件狹義相對(duì)論

1、同時(shí)性的相對(duì)性這種在同一慣性系中同時(shí)不同地發(fā)生的事，但在另一慣性系中不同時(shí)發(fā)生的特點(diǎn)稱為同時(shí)性的相對(duì)性對(duì)同時(shí)性的相對(duì)性的理解一列沿直線行駛的火車S系下如何能知道這兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生呢？長(zhǎng)度收縮的要點(diǎn) 測(cè)量運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度: 需要同時(shí)測(cè)量棒兩端的坐標(biāo)測(cè)量靜止長(zhǎng)度:不需要同時(shí)測(cè)量?jī)啥俗鴺?biāo)靜止時(shí)間和運(yùn)動(dòng)時(shí)間t為不同地點(diǎn)發(fā)生兩事件的時(shí)間間隔可以稱為（運(yùn)動(dòng)時(shí)間）一飛船以u(píng)=9103m/s的速率相對(duì)與地面勻速飛行。飛船上的鐘走了5s,地面上的鐘經(jīng)過了多少時(shí)間？解：飛船的時(shí)間膨脹效應(yīng)實(shí)際上很難測(cè)出例1，靜止的介子平均壽命為2.510-8s,之后即衰變成一個(gè)介子和一個(gè)中微子，今產(chǎn)生一束介子，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得它的速率為u=0

2、.99c,并測(cè)得它在衰變前通過的平均距離為52m,這些測(cè)量結(jié)果是否一致？解： t是靜止介子的平均壽命，是固有時(shí)間，當(dāng)介子運(yùn)動(dòng)時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)的平均壽命應(yīng)是實(shí)驗(yàn)室測(cè)得它通過的平均距離應(yīng)該是：ut=53m,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得很好。例2，從距地面6000米的高空產(chǎn)生一束速率為u=0.998c 介子飛向地球。假定介子在自身參照系中的平均壽命為t0=210-6 s，試問：1) 地球上的觀測(cè)者判斷 介子能否到達(dá)地球？2) 與介子一起運(yùn)動(dòng)的參照系中的觀測(cè)者的判斷結(jié)果又如何解： 介子的平均壽命t0=210-6 s為固有時(shí)間。地球上觀測(cè)者，測(cè)得 介子的壽命為即在地球上觀測(cè)者看來， 介子一生可飛行距離為即在地球上觀測(cè)

3、者看來， 介子一生可飛行距離為2) 在與 介子共同運(yùn)動(dòng)的參考系中， 介子是靜止的，地球以速率v=0.998c接近 介子在 介子參考系中，其一生中地球的行程為結(jié)論：能到達(dá)地球?qū)嶋H上， 介子能達(dá)到地球，這是客觀事實(shí)，不會(huì)因?yàn)閰⒖枷档牟煌淖?。從地面?介子產(chǎn)生處為6000m高空是在地球參考系中測(cè)得的，由于空間收縮效應(yīng)，在 介子參考系中，這段距離變?yōu)樗栽?介子參考系判斷， 介子中也能到達(dá)地球。兩個(gè)慣性系的觀察者O和O以0.6C速度相互接近,如果O測(cè)得兩者的初始距離是20米,則O的觀測(cè)者測(cè)得兩者經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間相遇?作業(yè)的一個(gè)習(xí)題兩個(gè)慣性系的觀察者O和O以0.6C速度相互接近,如果O測(cè)得兩者的初始距離

4、是20米,則O的觀測(cè)者測(cè)得兩者經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間相遇?兩個(gè)慣性系的觀察者O和O以0.6C速度相互接近,如果O測(cè)得兩者的初始距離是20米,則O的觀測(cè)者測(cè)得兩者經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間相遇?向右為正方向假設(shè)分手時(shí)弟弟和哥哥為零歲，哥哥乘飛船離開地球的速度是0.6c，要飛到距離地球6光年的A星球上(A星球和地球是相對(duì)靜止的)，然后返回。 孿生子佯謬狹義相對(duì)論解釋從地球所在的參考系S上看，哥哥飛到A星球上需要的時(shí)間為10年，由于運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘變慢，哥哥的表所經(jīng)歷的時(shí)間是8年 后哥哥馬上以0.6c的速率返回，哥哥的表又走了8年，而弟弟的表又走了10年。因此當(dāng)哥哥回到地球上時(shí)，哥哥16歲，而弟弟已經(jīng)20 歲了 而如果從飛船所在參

5、考系上看，弟弟坐在地球上以相同的速率0.6c向相反方向飛，由于長(zhǎng)度收縮，地球和A星球間的距離是4.8光年 A星球到達(dá)哥哥所在的位置所需時(shí)間為8年（4.8光年/0.6c）。同樣由于運(yùn)動(dòng)鐘變慢，弟弟在這一過程中所經(jīng)歷的時(shí)間為6.4年 在弟弟坐在地球上返回過程中，哥哥所在飛船上同樣經(jīng)歷了8年，弟弟在這一過程中所經(jīng)歷的時(shí)間為同樣為6.4年。當(dāng)哥哥與弟弟相遇時(shí)，哥哥為16歲，弟弟為12.8歲，弟弟的結(jié)論是正確的，因?yàn)榈艿苁冀K從一個(gè)慣性參考系K上分析整個(gè)過程，哥哥的結(jié)論之所以不正確在于從兩個(gè)慣性系上來分析整個(gè)過程 A星球0.6c地球0.6c地球以0.6c飛離飛船飛船以0.8824c追趕地球地球0.6c0.

6、8824c飛船飛船上的哥哥在兩個(gè)過程中所經(jīng)歷的時(shí)間為16年（8+8），地球上的弟弟在兩個(gè)過程中所經(jīng)歷的時(shí)間為20年（6.4+13.6） 哥哥經(jīng)歷時(shí)間弟弟經(jīng)歷時(shí)間第六節(jié) 狹義相對(duì)論的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)一、相對(duì)論質(zhì)量和動(dòng)量質(zhì)量與速度有關(guān)，否則動(dòng)量守恒定律不能在洛侖茲變換下保持形式不變?nèi)匀贿@樣定義動(dòng)量質(zhì)量和速度的關(guān)系靜止粒子質(zhì)量： m o運(yùn)動(dòng)粒子質(zhì)量： mm稱相對(duì)論質(zhì)量。式中V為粒子相對(duì)某一慣性系的速率宏觀物體一般 v=104m/s,此時(shí)：牛頓力學(xué)1、質(zhì)量和速度的關(guān)系：續(xù)2、微觀粒子速率接近光速如中子v=0.98c時(shí)光子:必須即以光速運(yùn)動(dòng)的物體是沒有靜止質(zhì)量的靜止質(zhì)量不為零的物體速度不能是光速質(zhì)量和速度的關(guān)

7、系：續(xù)相對(duì)論中的牛頓定律在相對(duì)論力學(xué)中仍用動(dòng)量變化率為質(zhì)點(diǎn)受到的作用力，即：在 的條件下：二、相對(duì)論動(dòng)能定義動(dòng)能：使粒子從靜止開始運(yùn)動(dòng)到具有速度v時(shí)合外力對(duì)物體所作的功相對(duì)論動(dòng)能：續(xù)兩邊做變分:即相對(duì)論動(dòng)能：續(xù)當(dāng)vc時(shí):又回到了牛頓力學(xué)的動(dòng)能公式相對(duì)論動(dòng)能：續(xù)根據(jù)可以得到粒子速率由動(dòng)能表示的關(guān)系：表明：當(dāng)粒子的動(dòng)能由于力對(duì)其做功而增大時(shí)，速率也增大。但速率的極限是c 有質(zhì)量物體速度的極限三、相對(duì)論能量 質(zhì)能關(guān)系靜止能量動(dòng)能總能量粒子以速率v 運(yùn)動(dòng)時(shí)的總能量靜止能量注意,靜止質(zhì)量不守恒那里有質(zhì)量，那里就有能量；那里有能量就相當(dāng)于那里有質(zhì)量，因此質(zhì)能關(guān)系把經(jīng)典中的兩個(gè)守恒定律統(tǒng)一起來，即系統(tǒng)的能量

8、守恒就意味著系統(tǒng)的質(zhì)量守恒，反之亦然。質(zhì)能關(guān)系，及質(zhì)量守律為相對(duì)論的質(zhì)能關(guān)系式四 相對(duì)論的能量動(dòng)量關(guān)系即相對(duì)論的動(dòng)量能量關(guān)系式動(dòng)能為EK的粒子：回到了牛頓力學(xué)。代入上式得：上式為相對(duì)論動(dòng)量和動(dòng)能的關(guān)系相對(duì)論的動(dòng)能和動(dòng)量關(guān)系習(xí)題考察的內(nèi)容應(yīng)用能量守恒（或質(zhì)量守恒）應(yīng)用動(dòng)量守恒例1 電子的靜質(zhì)量m=9.110-31kg。求：（1）電子的靜能是多少電子伏特；（2）從靜止開始加速到v=0.60c的速度需作的功；2）加速到v=0.60c時(shí)電子的總能量為需要做的功為例2、在一種熱核反應(yīng)中各種粒子的靜止質(zhì)量為：氘核：m1=3.343710-27kg氚核：m2=5.004910-27kg氦核：m3=6.642

9、510-27kg中子：m4=1.675010-27kg求這一熱核反應(yīng)釋放的能量是多少？解：質(zhì)量虧損為：相應(yīng)釋放的能量為：1kg這種核燃料所釋放的能量為：這相當(dāng)于同質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)煤燃燒所釋放熱量的1千多萬倍！例3 (1)求動(dòng)量為0.60MeV/C時(shí)電子的能量.解:當(dāng)P=0.60MeV/C時(shí)，其能量為E，則有(2)求動(dòng)能為109ev的質(zhì)子的動(dòng)量為多少?解:例題4 設(shè)有兩個(gè)靜止質(zhì)量都是m0的粒子，以大小相同、方向相反的速度v相碰，反應(yīng)合成一個(gè)復(fù)合粒子。試求這個(gè)復(fù)合粒子的靜止質(zhì)量。解 設(shè)兩個(gè)粒子的速率都是v，由能量守恒定律得vvMAB顯然 V=0，由動(dòng)量守恒定律得這表明復(fù)合粒子的靜止質(zhì)量M0大于2m0，兩

10、者的差值由此可見，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜止質(zhì)量，從而使碰撞后復(fù)合粒子的靜止質(zhì)量增大了。例5 已知二質(zhì)點(diǎn)A, B靜止質(zhì)量均為m0，若質(zhì)點(diǎn)A靜止，質(zhì)點(diǎn)B以6m0c2的動(dòng)能向A運(yùn)動(dòng)，碰撞后合成一粒子，若無能量釋放。求：合成粒子的靜止質(zhì)量。解：兩粒子的能量分別為由能量守恒，合成后新粒子的總能量由相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系粒子的靜止質(zhì)量由動(dòng)量守恒由題意由相對(duì)論的能量和動(dòng)量關(guān)系未知未知代入得對(duì)狹義相對(duì)論的批判（譚暑生）標(biāo)準(zhǔn)時(shí)空論（國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào)1983年）一，是否存在一個(gè)優(yōu)越的慣性參考系？現(xiàn)代宇宙學(xué)認(rèn)為，在宇宙范圍內(nèi)存在“宇宙標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系”它是優(yōu)越的坐標(biāo)系，它得到2.7K宇宙背景輻射的支持，宇宙背景輻射的嚴(yán)格各向同性的情況只存

11、在一個(gè)慣性系中，其它慣性系中都顯示出輻射溫度的方向變化。測(cè)量從各個(gè)方向到達(dá)地球的宇宙背景輻射溫度的微小偏離，得到地球相對(duì)這個(gè)宇宙標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的速度為400公里/秒對(duì)狹義相對(duì)論的批判（譚暑生）二，關(guān)于光速度不變?cè)淼侥壳暗母鞣N實(shí)驗(yàn)只證明雙程平均光速或回路平均光速的不變性，并沒有證明單程光速不變性。愛德華等人用回路平均光速不變性推出了廣義的洛侖茲變換。（譚暑生）標(biāo)準(zhǔn)時(shí)空論的基本假設(shè)1絕對(duì)參考系原理：在所有慣性系中存在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的慣性參考系，在這個(gè)參考系中單程光速是各向同性的。2回路平均光速不變?cè)恚涸谌魏螒T性系中，光在真空中沿任何一個(gè)閉合回路速度的平均值為C，它與光源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和空間方位無關(guān)3，任何慣

12、性系中都不存在物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的上限4，新時(shí)空變換在低速下必須還原為伽利略變換對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)空論評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)空論在基本假設(shè)的合理性、邏輯簡(jiǎn)單性和邏輯自洽性上勝于狹義相對(duì)論。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)空論完滿地解釋了以前的所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果，預(yù)見了一些迄今沒有預(yù)料的新的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，等待著這些實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)和證實(shí)。 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)空論評(píng)價(jià)譚暑生的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)空論發(fā)表后，包括錢學(xué)森（對(duì)譚暑生的鼓勵(lì)，前后長(zhǎng)達(dá)20多年）在內(nèi)的國(guó)內(nèi)外多位科學(xué)家都給予了高度評(píng)價(jià) 國(guó)內(nèi)知名教授白銘復(fù)認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)空論是有別于牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀和愛因斯坦的相對(duì)論時(shí)空觀的一種新的可能的目前物理學(xué)所允許的時(shí)空理論。理論物理權(quán)威法國(guó)物理學(xué)家德埃斯帕納：很好的觀點(diǎn)，完全獨(dú)立地證明了：對(duì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的解

13、釋并非一定需要通常的狹義相對(duì)論，這一點(diǎn)，我以前是不知道的，與我討論過這方面課題的物理學(xué)家中也幾乎沒有人知曉這個(gè)事實(shí)。 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)空論評(píng)價(jià)兩院院士宋健為從狹義相對(duì)論到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)空論一書撰寫了序言，其中特別指出：“譚暑生教授瀝20多年的心血，創(chuàng)立標(biāo)準(zhǔn)時(shí)空論。作為一個(gè)自洽的新體系，它繼承和綜合了牛頓力學(xué)和愛因斯坦狹義相對(duì)論的基本思想和成就，蘊(yùn)涵了已知，又有創(chuàng)新，廓清了原有的悖論，開拓了新的視野，對(duì)物理學(xué)的發(fā)展具有重要意義。” 當(dāng)我還是一個(gè)相當(dāng)早熟的少年的時(shí)候，我就已經(jīng)深切地意識(shí)到：大多數(shù)人終生無休止的追逐的那些東西是毫無價(jià)值的，而且我不久就發(fā)現(xiàn)，這種追逐的殘酷，這在當(dāng)年較之今天是更加精心的用偽善和漂亮的字句掩飾著的，每個(gè)人只是因?yàn)橛幸粋€(gè)胃，就注定要參加這種追逐。但是一個(gè)有思想、有感情的人卻不能由此得到滿足愛因斯坦是怎么看待生活的？象我