近代物理学-02-狭义相对论时空性质.ppt

一、地面上的μ子流 则通过的距离为 μ-子静止参考系中，固有寿命为2.2×10-6s 介子衰变 高能碰撞 μ-子衰变 实际上，由于时间膨胀效应，其“运动寿命”比“静止寿命”长得多。可穿过厚为100km的大气层到达地球表面。 2.6支持洛伦兹变换的实验 例题 ：到达地面的宇宙射线μ子平均速率至少有多大？假定它们垂直穿过100km大气层。 解： 运动μ子平均寿命为 μ子静止寿命为 根据时间膨胀公式 二、 介子的寿命 实验测得：其固有寿命为T0=2.60×10-8s。当它的速率为v = 0.913c 时，其寿命为T=6.37×10-8s。 这些数据符合时间膨胀公式 三、双胞胎效应 四、X 射线脉冲双星的蚀 五、π介子的γ衰变 六、斯坦福直线加速器中的电子 2.7四维时空间隔 一、四维不变量 事件P( x, y, z, t )表示t = 0时从坐标原点发出的光在 t 时刻到达( x, y, z )处，则有 在运动参考系S’中，这个事件为P( x’, y’, z’, t’ )同样有 于是 对任一事件P( x, y, z, t )，定义四维不变量 s 四维不变量与参考系的选择无关。 二、四维间隔 两个事件P1( x1, y1, z1, t1 )和( x2, y2, z2,t2 )间的四维时空间隔 s 为 t1 = t2 为空间间隔 ； r1 = r2 为时间间隔。 例题 ：在宇宙飞船上同时的两件事，相距4m。从地面上看，它们相距5m，试问：从地面上看它们相隔多少时间？ 解： 它们的时空间隔为 地面上的间隔方程为 解得，时间间隔为 方法二：该题也可用洛伦兹变换来求。设宇宙参考系S’和地面参考系S 例题 ：在宇宙飞船上同时的两件事，相距4m。从地面上看，它们相距5m，试问：从地面上看它们相隔多少时间？ c.类空间隔与类时间隔 按 s2、、=0将间隔分为三类 1. 类空间隔 s2 0 2. 类时间隔 s2 0 3. 类光间隔 s2 = 0 在某参考系中，两事件同时发生与空间两点，间隔为其空间间隔。 在某参考系中，两事件于同一地点不同时刻发生，间隔为其时间间隔。 在所有参考系中，两事件通过光信号联系，间隔为其时间间隔。 d.、因果性条件 由类空时间间隔联系的两事件，在某参考系中同时发生，无时间先后，不存在任何因果联系。 由类时和类光间隔联系的两事件，在任何参考系中都有发生的时间先后，存在某种因果联系。 两事件可用不大于光速的信号联系起来。 或 因果性条件 ： 光锥：为刻画时空的因果特性而将时空分区 光锥(面)：以光速产生因果联系的集合(类光区) 例如某人以光速从A点(t1)到达B点(t2), 但在t2及之前没办法到达D点 但在t2及之前可以到达C点 以光锥面区别类时区和类空区 类时区: ds20,与P点可以有 因果关系(类空区则相反) A B C D t1 t2 d.、因果性条件 2.8 闵科夫斯基空间 一、闵科夫斯基空间 引入虚数 来代替时间坐标 则，四维时空间隔不变性可写为： 1. 闵科夫斯基空间（世界）： 由四维坐标 ( x, y, z, w ) 所描述的四维空间。 2. 时空点（世界点）： 一个事件P( x, y, z, t ) 对应于闵科夫斯基空间中的一个点，该点即为时空点或世界点 。 4. 世界距离 两事件 P1( x1, y1, z1, w1 ) 和P2( x2, y2, z2, w2 )间的距离s。 5. 世界线 在闵科夫斯基空间中画一个运动物体的四维时空坐标的变化曲线。 3. 四维距离 一个事件P( x, y, z, w ) 与原点之间的距离。 6. 闵科夫斯基空间的划分 按世界点与原点的距离将间隔划分为三个区域 (1) 类空区域 ：s为实数 (2) 类时区域 ：s为虚数 (3) 类光区域：s为0 光锥 过去光锥 将一块石头扔进水塘，水表面的涟漪向四周散开，涟