大学物理相对论讨论课.ppt

指导老师：南 征 * 本章题头 《大学物理》讨论课 2012年04月 本章的基本问题: 1、经典时空观的内容是什么? 2、爱因斯坦为什么要修订经典时空观？ 3、新时空观又有那些内容？ 4、根据新时空观可以推出哪些重要结论？ 5、狭义相对论还留下了什么问题？ 问题一： 是否可以超光速? 1. 如图, 假设我们把剪刀做得很长, 当我们打开剪刀时,剪刀头部的速度会不会大于光速呢？ 2. 如图, 我们用手电筒照射很远处得墙壁，当我们转动手电筒时，墙壁上光斑的速度会不会大于光速呢？ 答：超光速会与因果律矛盾，暂时未发现。 1. 如图, 当我们使用剪刀时，剪刀片绕固定轴转动： 注意，剪刀短时同步转动，太长不可能，作用的传递需要时间。 质速关系也会限制剪刀头部速度。 2. 光斑在墙壁上的速度 光斑只是一个影像，是由不同的光子形成，光斑的移动，并不是物质的移动，物质携带的能量和信息的传递速度不能超光速。 假设 : 固有长度 车 桥 问题：车过桥时 是否认为桥长可容纳全车长？ 看来又如何？ 另外一条铁轨上的火车怎么看? 车过桥时，桥两端同时跨塌，车会掉下桥去吗？ 问题二： 谁长谁短? 车会掉到桥下吗？ 1.1547 在 看来：桥静车动。桥长是固有长度 桥 车长是相对论长度 车 车 173.2 (m) 认为，桥长可容纳全车长。 在 看来：车静桥动。车长是固有长度 车 桥长是相对论长度 桥 桥 151.6 (m) 认为，桥长不能容纳全车长。 200 m 200 m 其它火车，车速不同，方向不同，得到的长短结论不同。 地面看见车平着掉下，车上看见斜着掉下，关键是车上 认为桥断不是同时发生的，车头处先断、车尾处后断。 答： 谁长谁短与参考系有关,不同参考系结果不同。 一高速列车以0.6C的速率沿平直轨道运动。车上A、B 两人相距 l=10m，B在车前，A在车后，当列车通过一站台时，突然发生枪战事件, 站台上的人看到A先向B开枪, 过了12.5ns B又向A开枪， 因而站台上的人作证：这场枪战是由A挑起的，假如你是车中的乘客，你看见的情况又是怎样的？ L=10 m 0.6c A B 问题: 如果你是法官, 这个案子你会怎么判? 问题三： 是谁先开的枪? 代入时间间隔逆变换式得: 车中的乘客认为B先开枪，过了10ns后A才开枪。 两人的开枪射击事件是独立事件， 两人都是主动挑衅，不存在自卫还击。 答： 独立事件的时序可能颠倒 A1 A2 由洛仑兹变换得： 即： 过程开始 B1 过程结束 B1 另外: 本问题中S系时原长参考系，看到的是时间膨胀， S’系是原时 参考系，看到的是长度收缩，它们是同一个相对论效应的不同描述。 问题四： 对钟实验，谁走慢了？ 过程结束 B1 A2 当B1和B2两再钟读数为零时，A2钟已经有大于0的读数，所以， 当B1钟与A2相遇时，S’系可以得出A2钟比B1钟慢得结论。 问题是运动是相对的，怎么样说明S系的钟比S’系的钟慢？ 答： 关键是两参考系的中并不同步 过程开始 B1 B2 A1 A2 运动的时钟变慢了，但运动是相对的， 都认为对方的钟在运动, 这将 会导致双方都认为对方的钟变慢了的 矛盾结论。这就是时钟佯谬。 和 若 是一对双生子。 乘高速 飞船到太空遨游一段时间后返回地球, 发现对方比自己老了,根据运动的 相对性, 将会得出 也发现对方比自 己老的矛盾结论。这称为双生子佯谬。 和 问题五：双生子佯谬中谁年轻？ 时钟佯谬 爱因斯坦曾经预言，两个校准好的钟，当一个沿闭合路线运动返回原地时，它记录的时间比原地不动的钟会慢一些。这已被高精度的铯原子钟超音速环球飞行实验所证实。 相对论预言 慢 ( 184 ±23 ) ×10 - 9 s 实 测 慢 ( 203 ±10 ) ×10 - 9 s 实际上这种谬误是不会发生的，由于两个时钟或两个双生子的运动状态并不对称（ 例如， 飞离、返回要经历加、减速运动过程），其结果一定是 的时钟变慢了，双生子 一定比 年轻。 根据狭义相对论必然推出双生子的逻辑矛盾，这 是狭义相对论留下的问题。为什么会这一问题？怎么解决呢？ 狭义相对论讨论的是惯性系之间的时空转换，但什么是惯性系？狭义相对论讨论不能定义，这是狭义相对论的不完善之处。 解决双生子问题需要用到广义相对论。 答： 狭义相对论不能回答 广义相对论简介 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 引言 1905年，爱因斯坦建立了基于惯性系的狭义相对论。