同济版大学物理上册3-4 狭义相对论时空观`.pptVIP

3–4 狭义相对论时空观 * 第3章 相对论 一、同时的相对性 1、“同时”的定义 这就是用光前进的路程来测量时间，而这样定义的理由就是光速不变，这样的定义适用于一切惯性系。 设A、B两处发生两个事件，在事件发生的同时，发出两光信号，若在A、B的中心点同时收到两光信号，则A、B两事件是同时发生的。 A B A/ B/ ? ? C A B C A/ B/ C/ ? ? ? A/ B/ C/ ? ? ? 2、爱因斯坦理想的 “火车对钟实验” 设有一列火车相对于站台以匀速向右运动，站台上的观测者测得当列车的首尾两点与站台上的A，B两点重合时，站台上的A，B两点同时发出一个闪光，所谓“同时”，就是两闪光同时传到站台上的中心点C。但对于列车来说，由于它向右行驶，车上的中点C/先接到来自车头方（即站台上的A点）的闪光，后接到来自车尾方（即站台的B点）的闪光。于是对于列车上的观察者C/来说，A点的闪光早于B点。就是说，对于站台参照系是同时的事件，对于列车参照系就不是同时的，即事件的同时性是相对的。 A B C 在一个惯性系中的两个同时事件，在另一个惯性系中观测不是同时的，这是时空均匀性和光速不变原理的一个直接结果. 一列爱因斯坦火车以速度u通过车站.车站观测者测到两个闪电同时分别击中车头和车尾.此时车尾和车头在车站(S系)中的坐标分别为x1和x2. 对车站(S系)观测者，测得两闪电同时击中：t2＝t1 在火车不是同时击中 在火车先击中车头，后击中车尾 在火车先击中车尾，后击中车头 二、长度的相对性 ②l＜l0，说明处于运动状态的物体，其在运动方向上的长度缩短了，这种效应是相对的，且这种效应仅发生在运动方向上，在其他方向上没有这种效应。 ①式中l0是相对于物体静止的观察者测得的物体的长度，我们称之为物体的固有长度（或称本征长度）； ③ 如果把运动的长棒本身看成参照系，则“动尺缩短”效应，说明空间是物质的属性，空间的性质与物质的运动状况有关； ④ 之所以会出现这种“动尺缩短效应”，关键仍然是光速不变引起的同时的相对性问题，因为在 S＇中看，S系的测量动作不是同时的，故有 虽有t1=t2 但 ⑤长度收缩是测量的结果，不要误会为是某人眼睛看到的结果。因为同时达到观测者眼睛的光是与眼睛距离不同的各点在不同时刻发出的光。 三、时间间隔的相对性 在S系中，这两事件的时空坐标分别是(x1,t1)，(x2,t2)，显然x1≠x2，t1和t2是S系中两个同步时钟（两校准的钟）上的读数。 　设静止在S＇系中的观察者记录到发生在S＇系中某固定点X＇一个事件持续时间，例如一个火炬燃烧的时间 本征时间:相对于事件为静止的观察者所记录的时间 根据洛仑兹变换 ?1,Δt＞Δt′，表示时间膨胀了，或说明运动着的“钟”要比静止的“钟”慢些，简称“动钟变慢”。?＞1，有时称它为时间延缓因子，这种效应是相对的。 对于一个物理过程，在某惯性系中发生在同一地点，相对静止的惯性系中测量到的过程时间间隔，称为该过程的固有时间。 时间膨胀效应是一种普遍的时空属性，物质的时间属性与其运动状态有关，而与过程的具体性质和作用机制无关。 所谓“钟”在物理上讲，可用任何一个真实事件所经历的时间间隔来度量时间的事件。因此，“动钟变慢”说的是相对于观察者为运动的物理事件，其发展演化的进程将会变慢。“动钟变慢”也是物质的一种时间属性。 例3－3 在实验室测量以0.9100C飞行的 介子经过的直线路径是17.135m， 介子的固有寿命是(2.063±0.002)× s.试从时间膨胀效应和长度收缩效应说明实验结果与相对论理论的符合程度. 解　从时间膨胀效应说明如下： 相对实验室飞行的 介子，根据飞行路径长度算出它的寿命(运动时)为