第11章-狭义相对论.ppt

例2 S系中两个静止质量均为 m0 的粒子 A、B 以速度 v 沿相反方向运动，碰撞后合成为一个大粒子。求这 个大粒子的静止质量 M0 。 解：S 系中，动量守恒 mAv – mBv = MV 所以碰后大粒子速度为 V = 0， 能量守恒 mAc2 + mBc2 = Mc2 其中运动质量 M = M0， 静止质量增加了，这是由于原来的两个粒子有动能， 它们也对应一份质量。 例3 已知二粒子 A、B 静止质量均为 m0，若 A 静止， B 以 6m0c2 的动能向 A 运动，碰撞后合成一体，无能 量释放。求合成粒子的静止质量。 解：能量守恒 EA + EB = Mc2 其中 EA = m0c2，EB = m0c2 + EBk = 7m0c2，所以 动量守恒 0 + pB = Mv 对 B 应用能量与动量关系 作业：11-17, 11-18, 11-21, 11-24 *§11.6 广义相对论简介 1905年，建立狭义相对论 (惯性系)； 1915年，建立广义相对论 (非惯性系)。 一、两个基本假设： 1. 等效原理：引力与加速度等效。 2. 广义相对性原理：把相对性原理推广到非惯性系。 二、基本观点： 1. 引力场周围空间弯曲； 2. 引力场周围时间延缓。 三、三项检验： 1. 水星近日点的进动 2. 光线在引力场中的弯曲 3. 光谱线的引力红移 太阳 水星 四、两项预言： 1. 加速运动的质量辐射引力波 2. 黑洞 * 也许我们还沉醉于对牛顿定律的欣赏之中，如果这样，那真是无独有偶，历史上也有过这样现象。 19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。 于是1900年英国物理学家开尔文在瞻望20世纪物理学的发展的文章中说到： “在已经基本建成的科学大厦中， 后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。” 也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！ 但开尔文毕尽是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到： “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，----” 这两朵乌云是指什么呢？ 热辐射实验 迈克尔逊-莫雷实验 后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。 相对论---关于时空观及时空与物质关系的理论。 （所谓经典力学遇到障碍就是经典力学的时空观出现了问题，相对论从根本上改变了经典的时空观。） 狭义相对论关于惯性系时空观的理论 广义相对论关于一般参照系及引力的理论 * * 不能用尺追着杆测量，因为若 l 不同于 l ，则尺也跟着同样变化。 * O x y S u O x y S 1 2 沿两个惯性系相对运动方向上不同地点发生的两 个事件，若在一个惯性系同时发生，则在另一个惯性 系中观测不同时发生；在前一惯性系相对于后一惯性 系运动后方的那个事件先发生。称为同时的相对性。 若 则 ，同时同地发 生的两个事件具有同样的时空坐标，归并为一个事件。 测量事件的时间坐标，本质上就是让事件与时钟的指 示同时同地发生。 二、时间延缓： 既然时刻 (同时) 是相对的，那么时间呢？ S 系：事件 1 和事件 2 同地不同时发生 S 系： 所以 同一地点先后发生的两个事件的时间间隔叫固有时， 又叫原时，由固定的一个时钟测得，?t 是原时。?t 是 S 系中不同地点的同步时钟测得，叫运动时。 两个事件的时间间隔，固有时最短。 ?t ?t 还意味着固定于 S 系的钟 (一只钟, 测固 有时) 比固定于 S 系的钟 (多只同步钟，测运动时) 走 得慢，这个效应称为时间延缓。 1. 时间延缓与时钟结构无关，它完全是一种时空效应。 2. 时间延缓具有相对性，在 S 系中同一地点发生的两 个事件的时间间隔 (固有时)，在 S 系中观测也膨胀 了，即 注意 3. 如何理解固定于 S 系的钟 (一只钟, 测固有时) 比固定 于 S 系的钟 (多只同步钟，测运动时) 走得慢？ 首先，因为S‘ 系中事件发生是同地不同时，坐标位置固定，因此只 用一只钟测量时间就够了 其次， S系中观测到的两个事件就不是同地了，