§15.3狭义相对论的时空观详解.ppt

S S c c M A B §15.3 狭义相对论的时空观 以一列假想火车为例 一. 同时性的相对性 假想火车 地面参考系 A、B 处分别放置一光信号接收器 中点 M 处放置一光信号发生器 t = t = 0 时, M 发出一光信号 A 、B 同时接收到光信号 1、2 两事件同时发生 事件1：A 接收到光信号 事件2：B 接收到光信号 (车上放置一套装置) 1 S S c c c c S S A M B M 闪光发生在M 处 光速仍为 c 而这时， A 、B 处的接收器随 S 运动。 A 比 B 早接收到光信号 1事件先于2 事件发生 事件 1 发生 事件 2 发生 S c c S M A 2 (2) 同时性的相对性是光速不变原理的直接结果。 (1) 同时性是相对的。 沿两个惯性系相对运动方向上发生的两个事件，在其中一个惯性系同时不同地发生的，在另一个惯性系中表现为不同时，即同时性的相对性；在其中一个惯性系同时同地发生的，在另一个惯性系中表现为同时性；在一个惯性系不同时、不同地发生两个事件，在一个惯性系中可不同时或同时发生；反之亦然 结论 讨论 (3) 同时性的相对性否定了各个惯性系具有统一时间的可能性，否定了牛顿的绝对时空观。 3 二. 时间延缓 研究的问题是 O 处的闪光光源发出一光信号 事件1 事件2 O 处的接收器接收到该光信号 在S、S 系中，两事件发生的时间间隔之间的关系 在S 系的 O 处放置一闪光光源和一信号接收器，在竖直方向距离 O 点 h 的位置处放置一平面反射镜 M S O M S O 即 原时: 在某惯性系中，同一地点先后发生的两个事件之间的时间间隔 (原时) 4 ? 设 t = t = 0 时刻，O 处的闪光光源发出一光信号 S O M S O M S O M O S S O S O M 5 讨论 (2) 时间延缓效应 在 S 系中测得发生在同一地点的两个事件之间的时间间隔 ?t，在 S 系中观测者看来，这两个事件为异地事件，其之间的时间间隔 ?t 总是比 ?t 要大。 (1) 当v c 时， 记： 6 相对光源静止参考系 原时（同地） 在不同惯性系中测量给定两事件之间的时间间隔，测得的结果以原时最短。 运动时钟走的速率比静止时钟走的速率要慢。 (4) 时间延缓效应是相对的。 (5) 运动时钟变慢效应是时间本身的客观特征。 (6) 时间延缓效应显著与否决定于 ? 因子。 7 (7)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。） 运 动 的 时 钟 走 得 慢 8 孪生子效应 考虑时间的相对性。一对风华正茂的孪生兄弟，哥哥告别弟弟，登上访问牛郎织女的旅程。归来时，阿哥仍是风度翩翩一少年，而迎接他的胞弟却是白发苍苍一老翁了，真是“天上方七日，地上已千年”。按照相对的观点，会不会弟弟看自己是少年，而哥哥是老翁了呢? 9 按此道理，若人相对地面多作加速运动，生命过程将进行得缓慢一些，不易衰老，对身体会有好处。 实际上，天(航天器)、地(地球)两个参考系是不对称的，地——可以是一个惯性系，天——不是惯性系，有加速度，故能返回，否则他将一去不复返，兄弟永别了。这超出狭义相对论的范围，需用广义相对论讨论。 有加速度的那个人变年轻了。 例 ?- 介子是一种不稳定的粒子，从它产生到它衰变为 ? - 介子经历的时间即为它的寿命，已测得静止 ?- 介子的平均寿命 ?0 = 2 ? 10-8s. 某加速器产生的 ?- 介子以速率 u = 0.98 c 相对实验室运动。 求 ?- 介子衰变前在实验室中通过的平均距离。 解 对实验室中的观察者来说，运动的 ?- 介子的寿命 ? 为 因此， ?- 介子衰变前在实验室中通过的距离 d 为 10 三. 长度收缩 原长: 相对于棒静止的惯性系测得棒的长度 1. 运动长度的测量 不要求同时测量 必须同时测量 O S O S O S O S O S 11 2. 长度收缩 两事件同地发生, ? t 为原时 O S O S O S O S 事件1 事件2 12 O S O S O S O S 由 两事件同地发生, ? t 为原时 得 讨论 (1) 当v c 时， 13 沿尺长度方向相对尺运动的观测者测得的尺长 l ，较相对尺静止观测者测得的同一尺的原长 l 0 要短。 (2) 长度缩短效应 (3) 长度收缩效应是相对的。 在不同惯性系中测量同一尺长，以原长为最长。 (4) 长度收缩效应显著与否决定于 ? 因子。 (5) 长度收缩效应是同时性相对性的直接结果。 地球上宏观物体最大速度103m/s，比光速小5个数量级，在这样的速度下长度收缩约10-10，故