14-4 新 狭义相对论地时空观.ppt

第十四章 相对论 14-4 狭义相对论的时空观 物理学 第五版 第十四章 相对论 物理学 第五版 * 14.4 狭义相对论的时空观 一、同时性的相对性 由洛仑兹变换看同时性的相对性 事件1 事件2 两事件 同时发生 ？ 同时性的相对性 在一个惯性系的不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系是不同时的。 用洛仑兹变换式导出 长度的测量和同时性概念密切相关． 二 长度的收缩(动尺变短) 棒沿 轴对 系静止放置,在系中同时测得两端坐标 则棒的固有长度为 固有长度：物体相对静止时所测得的长度 .（最长） 问 在S系中测得棒有多长? 设 在S系中某时刻 t 同时测得棒两端坐标为x1、x2，则S系中测得棒长 l= x2 - x1， l与l0的关系为： 1、相对效应 讨论 物体在运动方向上长度收缩. 结论 长度具有相对意义 如将物体固定于 系,由 系测量,同样出现长度收缩现象. 2、 纵向效应 3、 在低速下 ? 伽利略变换 在两参考系内测量的纵向（与运动方向垂直）的长度是一样的。 火车钻洞假象实验。 例1 设想有一光子火箭， 相对于地球以速率 直线飞行，若以火箭为参考系测得火箭长度为 15 m ，问以地球为参考系，此火箭有多长 ？ 火箭参照系 地面参照系 解 固有长度 运动长度 火箭参照系 地面参照系 例2 长为 1 m 的棒静止地放在 平面内，在 系的观察者测得此棒与 轴成 角，试问从 S 系的观察者来看，此棒的长度以及棒与 Ox 轴的夹角是多少？设 系相对 S 系的运动速度 . 解 在 系 在 S 系 三 时间的延缓(动钟变慢) 时间膨胀 在某系中，同一地点先后发生的两个事件的时间间隔(同一只钟测量)，与另一系中，在两个地点的这两个事件的时间间隔(两只钟分别测量)的关系。 研究的问题是： 固有时间 运动时间 一个物理过程用相对于它静止的惯性系上的标准时钟测量到的时间（原时）。用 表示。 一个物理过程用相对于它运动的惯性系上的标准时钟测量到的时间（两地时）。用 表示。 (2) 在 S 系中观测两事件 v 2 2 2 1 c v x c t t - ￠ + ￠ = 时间间隔 系同一地点 x’ 发生两事件 (1) (观测时间) 原时(τ0)最短 运动时间 时间膨胀了，即S系观测时，过程变慢了。 (固有时间) 3 时， . 1 时间延缓是一种相对效应 . 2 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 ） 注意 a f e 0 . 弟 弟 . . 哥 哥 花开事件： 花谢事件： （寿命） 在S系中观察者测量花的寿命是多少？ 考察 中的一只钟 原时 a f e 0 . 弟 弟 . . 哥 哥 (1)在S系中观察者总觉得相对于自己运动的 系 的钟较自己的钟走得慢。 a f e 0 . 弟 弟 . . 哥 哥 结论：对本惯性系做相对运动的钟或事物经历的过程）变慢。 (2)在 系中观察者总觉得相对于自己运动的S系的钟较自己的钟走得慢。 双生子效应 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? 明明 K系 取飞船为K’系 地球为K系， 飞船飞出为事 件“1”，飞回为 事件“2” 对K’系： 对K系： 你怎么这 样老了！ 老朽71 岁了！ 亮亮 K’系 明明 K系 取飞船为K’系 地球为K系， 飞船飞出为事 件“1”，飞回为 事件“2” 对K系： 对K’系： 你怎么这 样老了！ 老朽71 岁了！ K’系 亮亮 因为亮亮在地球上过了一年，赶回来祝贺的是71岁的明明。 1971年国际上将铯原子钟放在速度为10-6C的飞机上环绕地球飞行，然后与地面上的钟比较，发现飞机是的钟慢了。实际上是一个广义相对论的问题，此分析与广义相对论的结论一致。 这就是双生子佯谬，明明和亮亮到底是谁年轻呢？人们迷惑不解。有些人用这来攻击 相