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光速不变原理 在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值 狭义相对论的两个基本假设 狭义相对性原理 一切物理规律在所有惯性系中具有相同的形式 洛伦兹变换 正变换 例 一短跑选手在地面上以 10 s 的时间跑完 100 m。一飞船沿同一方向以速率 u = 0.8 c飞行。 求 (1) 飞船参考系上的观测者测得的选手跑过的路程；(2) 飞船参考系上测得选手的平均速度 。 解 设地面参考系为 S 系， 飞船参考系为 S，选手起跑为事件1,到终点为事件2， (1) (2) S 系中测得选手从起点到终点的时间间隔为 ?t，由洛仑兹变换得 S 系中测得选手的平均速度为 S S c c M A B §15.4 狭义相对论的时空观 一. 同时性的相对性 假想火车 地面参考系 1、2 两事件在S’系中同时发生 事件1：A 接收到光信号 事件2：B 接收到光信号 t = t = 0 时, M 发出一光信号 S S c c c c S S A M B M A 比 B 早接收到光信号 在S系中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 S’系中异地同时事件，在S系中并不同时。 ——同时的相对性 S’系中同地同时事件，在S系中也是同时。 ——同地事件的同时性具有绝对意义 S系中事件1先于事件2发生。 x2处 时刻t2 出生一小孩 小乙,两小孩的出生完全是两 甲乙 ·· x1x2 S [例] 地球上， 在甲地x1处 时刻t1 出生一小孩 小甲, 在乙地 独立事件。 甲---哥， 乙---弟 ·若甲乙两地相距 x2 - x1 = 3000公里 t2 - t1 = 0.006秒，即甲先乙后 甲乙同时出生不分哥弟 ·飞船上看， 若u = 0.6c可得t ?2 - t ?1 =0， 甲---弟 乙---哥 若u = 0.8c可得t ?2 - t ?1 0，甲后乙先 时序颠倒了! 儿子先出生而爸爸后出生? ·由相对论变换，会不会得到如此情况: 子弹先打到靶上而后出枪口因果关系的绝对性 若两事件有因果关系，时序是不会颠倒的! 事件1与事件2有因果联系。有因果关系的事件，时序不会颠倒，因果关系不变. 二. 时间延缓 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 S O M S O 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) 记： ——时间延缓效应 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 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。 物体的运动速度愈大，它内部的物理过程进行的愈缓慢。 讨论 (1) 当v c 时， (2) 时间延缓效应是相对的。 (3) 运动时钟变慢效应是时间本身的客观特征。 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 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 2. 长度收缩 O S O S 事件1 事件2 两事件必须同时发生 —— 运动长度缩短效应