哈工大大学物理学第5讲--狭义相对论(时空观).ppt

S系 S’系 不同地点同时发生两事件A、B. 在 S系中A、B两事件不同时发生。 5.3 狭义相对论的时空观 一、同时性的相对性 ? 火车参照系 S’ 地面参照系 S S’系中 同时 S系中 先 后 ? ? S’系: 尺静止放在 轴上， S S’ S系中: 观测者必须同时测 得 ? 从S系测运动的尺在运动的方向上缩短(收缩) (原长) 二、长度的收缩（运动的尺收缩） 长度收缩 效应 符合相对性原理： S系: 尺静止放在 轴上， S’系中: 观测者必须同时测 得 S 从S’系测运动的尺在运动的方向上也缩短(收缩)！符合相对性原理 (原长) S’ ? S系 S’系 同一地点两事件时间间隔 (原时) 三、时间延缓（运动的时钟变慢） 如果在S系 同一地点两事件时间间隔 (原时) 也有 符合相对性原理 S’系 时间延缓 效应 符合相对性原理： u S’ u S S’ 一系列同步钟 根据同时的相对性，S系认为对准的钟，S’系认为没对准！ 矛盾一开始就出现了。 时钟的校准： 例： 飞 船 地 球 问飞船上讲一节课用 1 小时， 地球上用几小时？ 例1 一艘宇宙飞船的船身固有长度为 L0 =90m , 相对地面 以 u = 0.8c 的匀速度在一观测站的上空飞过。 （1） 观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？ （2） 宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？ 解： 1） 观测站测得船身的长度 通过观测站的时间间隔为 2） 宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为 或 例2 有一固有长度为 L0 的棒，在S系中沿 x 轴放置。另存在一S′系，以 u 相对S 系沿 x 轴正方向运动。求：当棒在S系中沿轴以v 运动时，从S′系中测得该棒的长度为多少？ x (x? ) S S′ u o 解：当棒在 S 系中以v 运动时，在 S′系看其速度为 因L0是相对棒静止的参照系中测得的长度 x′ S S vx o 相当于： 洛伦兹变换 狭义相对论的基本假设 1）相对性原理 2) 光速不变原理 狭义相对论的时空观 1 . 同时性的相对性 不同地点同时发生两事件A、B. 在 另一个系中A、B两事件不同时发生。 2 . 长度收缩 （运动的尺收缩） 运动的尺在运动的方向上(相对于原长)缩短(收缩) 3 . 时间延缓 (运动的时钟变慢) S系中观测运动的钟(相对静止的钟)变慢(时间膨胀). 甲开枪 乙中弹倒下 vs (x1,t1) (x2,t2) 子弹速度 这里 S系 S‘系中观察 是否会有 甲先开枪，乙后中弹倒下。 乙先中弹倒下。甲后开枪！ （信号传递速度） 四、洛仑兹变换与事件的因果关系 例. 事件P1: 张家生了个小A 事件P2: 李家生了个小B 在S系，S’ 系中的时空坐标为: 若在地面S系看, 张家小A先出生， t2 - t1 0。 在飞船S’系看, 必然也是张家 小A先出生吗？ 小 小 根据 洛仑兹变换 虽然 t2 - t1 0,但是, x1、x2 是可以取各种数值的, 对于 x2-x1的不同情况来说， ? t’(完全可以) ?0；?0；?0 。 即两事件的时序完全可能颠倒。 但是,若小A，小B是一母所生, 而且母亲是位旅行家,在 x1、t1 生了小A, 在 x2、t2 生了小B。 这时时序就不应颠倒了！ 我们将上式中的 记作 vx , 这时，它是有物理意义的： -------母亲旅行的平均速度。 孪生子佯谬.(Twin paradox)（选学内容） 一对孪生兄弟:“明明”和“亮亮”,在他们20岁生日的时候 ,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? S系 取飞船为S’系 地球为S系， 飞船飞出为事 件“1”，飞回为 事件“2” 对S’系： 对S系： 你怎么这 样老了！ 老朽71 岁了！ 亮亮 S ’系 明明 S系 取飞船为S’系 地球为S系， 飞船飞出为事 件“1”，飞回为 事件“2” 对S系： 对S’系： 你怎么这 样老了！ 老朽71 岁了！ S’系 亮亮 加速 -- 非惯性系 广义相对论 若用到一对夫妻身上（丈夫宇航）会怎样呢？ ?仙境一天，地面一年 (牛郎织女) 20 岁和 71岁 初始 见面时 趣味之谈： 实验值： 绕地球一周的 运动钟变慢： 203± 10ns 理论值： 运动钟变慢：