17-3相对论时空观.ppt

* 一）同时的相对性(Relativity of simultaneity) 在经典物理学中两件事是否同时，无论从哪个参照 系来看，结论都是一致的。在相对论中呢？ Y X O Y’ X’ O’ 设在S系中， 发生两件事： 处， 时刻发生了一件事，（开灯） 处， 时刻发生了一件事，（开灯） 若同时： §17－3狭义相对论的时空观 一）同时的相对性 Y X O Y’ X’ O’ 设在S系中，发生两件事： 若同时： 在S’系来看，这两件事发生的时间是： 但 即S系认为同时的两件事，S’系测量是不同时的 Y X O Y’ X’ O’ 设在S’系中： 若同时： 但 即S’系认为同时的两件事，S系测量是不同时的 处 时刻发生一件事（开灯） 处 时刻发生另一件事（开灯） 在S系来看，这两件事发生间是： 火车上的观察者说：光源在火车中点，光速为C，故必同时到达车厢的接收器。 例：爱因斯坦火车 地面的观测者说：光在火车上先到达左侧的接收器，后到达右边的接收器 那么谁说的对呢？爱因斯坦说都对。因为同时本来就是相对的。 二）长度的收缩 Y X O X1 X2 Y’ X’ O’ X’1 X’2 设一杆平行于X’轴静止于 S’系，测得其长度： （本征长度） 相对物体静止的参照系测得 的长度称之为本征长度。 S系来观测呢？同时测量杆的两端坐标值为 杆长 依“LT” 同时 测量 （本征长度） 二）长度的收缩 杆长 依“LT” Y X O X1 X2 Y’ X’ O’ X’1 X’2 S系看棒缩短了， 为原长的 Y X O X1 X2 依“LT” X’1 X’2 Y’ X’ O’ 又若在S系中有一 静止的棒，本征长 S’系中观测棒长也 是比本征长度短了 结论：若一物体的本征长度为 ,则相对物体 作匀速直线运动的惯性系中测得的长度 为本征长度的 倍。 注意 1） 静长，相对静止的参照系测出的长度 动长，相对运动的参照系测出的长度 2）长度收缩指的是沿运动方向上长度收缩 静长最长 例：一宇宙飞船静止在地面时长为20米，当其以 0.99C飞行时，地面观测者测得宇宙飞船长多少？ 解：由题意，S’系中飞船静长 S系 S’系 故S系测得的长度 反过来，飞船观测地面测出长为20米长的东西也只有2.8米了。 S系 测量此空姐 变苗条了！ 注意：长度测量的相对性是同时相对性的必然结果。因为相对有运动的参照系测量物体长度时，要同时测量，而你认为同时时，另一参照系不认为是同时的。各有各的同时性标准，因此长度的测量变得具有相对性了。 三）时间的延缓（膨胀） 在经典物理中，时间的测量是绝对的，一秒就是一秒，哪个参照系测量都是一样。相对论中呢？ Y X O X’ Y’ X’ O’ 设在S’系发生一件事--举手 开始时刻 放下时刻 测得的时间 （本征时间） 相对于事件发生的地点静止 的参照系中所观测 的时间称为本征时间。 Y X O X’ Y’ X’ O’ 设在S’系发生一件事--举手 测得的时间 由S系测得的时间 由“LT” 时间膨胀了，即S系观测时，过程变慢了。 Y X O X’ 由“LT”同样可得： 即S’系看来时间膨胀了 （本征） Y’ X’ O’ 结论：相对物体运动的参照系 ，观测物体经历的过程的时间延缓（膨胀）了，为本征时间的 倍。（又称爱因斯坦延缓） 反过来若在S系某点X发 生一件事情（如举手） 经历了 时间。 时间延缓的实验验证： 1966---1967年欧洲原子核研究中心（CERN）对 ?粒子进行了研究。?粒子是一种基本粒子，在静系中测得的寿命为?0=2.2?10-6秒.当其加速到v= 0.9966C时,它漂移了八公里. 依牛顿定律,寿命不变,故漂移距离为: 依相对论:当粒子加速至於0.9966C时,寿命为: 故漂移的距离为: 与实验情况吻合得很好! 注意:时间的延缓是时空的自身的一种特性,与过程是生物的,化学的还是机械的无关!包括人的生命.为此介绍双生子佯谬.(Twin paradox) 一对双生兄弟:“明明”和“亮亮”,在他们20岁生曰的时候 ,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? K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： 你怎么这 样老了！ 老朽70 岁了！ 亮亮 S’系 S系 亮亮在地球过了一年,明明回到地球时,明明已多大年龄? 对S系： 对S’系： 你怎么这 样老了！ 老朽70 岁了！ S’系 亮亮 *