第5章--狹義相對論(時空觀).ppt

1、S系,S系,不同地點同時發(fā)生兩事件A、B.,在 S系中A、B兩事件不同時發(fā)生。,5.3 狹義相對論的時空觀,一、同時性的相對性,火車參照系 S,地面參照系 S,S系中,同時,S系中,先,后,S系: 尺靜止放在,軸上，,S,S,S系中:,觀測者必須同時測,得,從S系測運動的尺在運動的方向上縮短(收縮),(原長),二、長度的收縮（運動的尺收縮）,長度收縮 效應(yīng) 符合相對性原理：,S系: 尺靜止放在,軸上，,S系中:,觀測者必須同時測,得,從S系測運動的尺在運動的方向上也縮短(收縮)！符合相對性原理,(原長),S系,S系,同一地點兩事件時間間隔,(原時),三、時間延緩（運動的時鐘變慢）,如果在S系,

2、同一地點兩事件時間間隔,(原時),也有,符合相對性原理,S系,時間延緩 效應(yīng) 符合相對性原理：,u,u,S,一系列同步鐘,可見S認為S的鐘慢了，而S也認為S的鐘慢了.,根據(jù)同時的相對性，S系認為對準的鐘，S系認為沒對準！,矛盾一開始就出現(xiàn)了。,時鐘的校準：,與實驗符合得很好。,時間延緩在研究介子的壽命時，得到了直接的驗證。,例：,飛 船,地 球,問飛船上講一節(jié)課用 1 小時，,地球上用幾小時？,例1 一艘宇宙飛船的船身固有長度為 L0 =90m , 相對地面 以 u = 0.8c 的勻速度在一觀測站的上空飛過。 （1） 觀測站測得飛船的船身通過觀測站的時間間隔是多少？ （2） 宇航員測得船身通

3、過觀測站的時間間隔是多少？,解： 1） 觀測站測得船身的長度,通過觀測站的時間間隔為,2） 宇航員測得飛船船身通過觀測站的時間間隔為,或,例2 有一固有長度為 L0 的棒，在S系中沿 x 軸放置。另存在一S系，以 u 相對S 系沿 x 軸正方向運動。求：當棒在S系中沿軸以v 運動時，從S系中測得該棒的長度為多少？,解：當棒在 S 系中以v 運動時，在 S系看其速度為,因L0是相對棒靜止的參照系中測得的長度,相當于：,洛倫茲變換,狹義相對論的基本假設(shè),1）相對性原理,2) 光速不變原理,狹義相對論的時空觀,1 . 同時性的相對性,不同地點同時發(fā)生兩事件A、B.,在 另一個系中A、B兩事件不同時發(fā)

4、生。,2 . 長度收縮 （運動的尺收縮）,運動的尺在運動的方向上(相對于原長)縮短(收縮),3 . 時間延緩 (運動的時鐘變慢),S系中觀測運動的鐘(相對靜止的鐘)變慢(時間膨脹).,甲開槍,乙中彈倒下,vs,(x1,t1),(x2,t2),子彈速度,這里,S系,S系中觀察,是否會有,甲先開槍，乙后中彈倒下。,乙先中彈倒下。甲后開槍！,（信號傳遞速度）,四、洛侖茲變換與事件的因果關(guān)系,例. 事件P1: 張家生了個小A,事件P2: 李家生了個小B,在S系，S 系中的時空坐標為:,若在地面S系看, 張家小A先出生， t2 - t1 0。,在飛船S系看, 必然也是張家 小A先出生嗎？,根據(jù) 洛侖茲變

5、換,雖然 t2 - t1 0,但是, x1、x2 是可以取各種數(shù)值的,對于 x2-x1的不同情況來說， t(完全可以) 0；0；0 。,即兩事件的時序完全可能顛倒。,但是,若小A，小B是一母所生,而且母親是位旅行家,在 x1、t1 生了小A, 在 x2、t2 生了小B。,這時時序就不應(yīng)顛倒了！,我們將上式中的 記作 vx ,這時，它是有物理意義的： -母親旅行的平均速度。,孿生子佯謬.(Twin paradox)（選學內(nèi)容）,一對孿生兄弟:“明明”和“亮亮”,在他們20歲生日的時候 ,明明坐宇宙飛船去作一次星際旅游,飛船一去一回作勻速直線運動,速度為0.9998C.明明在天上過了一年,回到地球時,亮亮已多大年齡?,取飛船為S系 地球為S系， 飛船飛出為事 件“1”，飛回為 事件“2”,對S系：,對S系：,取飛船為S系 地球為S系， 飛船飛出為事 件“1”，飛回為 事件“2”,對S系：,對S系：,加速 - 非慣性系,廣義相對論,若用到一對夫妻身上（丈夫宇航）會怎樣呢？,仙境一天，地面一年 (牛郎織女),20 歲和 71歲,初始,見面時,趣味之談：,實驗值： 繞地球一周的 運動鐘變慢： 203 10