管窥近代物理——狭义相对论.pptx

狭义相对论

伽利略的船

一艘船在平静的海面上沿直线匀速形式，若有一个人身处这首船的一个密闭船舱中，他使用任何力学方法都不能区分自己是在船舱之中还是在陆地上。

陆地上做的力学实验搬到船舱中将得到完全相同

的结果。

以太假说

麦克斯韦电磁场理论预言，光是一种电磁波，光在真空中传播的速度为c=3.0×10⁸m/s.

麦克斯韦的光速是相对于什么参考系而言的呢?

以太假说：有一种叫做以太的特殊物质充满整个宇宙，任何其它物质在以太中运动都不会受到阻碍；光在以太中传播的速度为c=3.0×10⁸m/s.

地球相对以太的速度?

实验：测出地球相对以太静止!!!

狭义相对论的基本原理

光速不变原理：对于任意参考系，光在真空中的传播速度都是不变的；任何物体的运动速度不能超过光速。

狭义相对性原理：任意惯性参考系是平权的，即物理定律在任意惯性参考系下有着相同的形式。

同时的相对性

从车上的人看来，(a)

光到达车厢的前后

壁是同时发生的。

从车外的人看来，(b)

两个事件不是同时

发生的。

同时是相对的，在一个参考系中看，两事件同时发生，在另一个参考系中看，则可能相继发生。

因果律

有没有可能在某个参考系中，看到光信号发出的同时车厢壁就已经被照亮了呢?

有因果关系的两个事件在所有参考系中都不可能同时发生，先后顺序不因参考系而变。

因果律

设在某个参考系中，A、B两个事件(A先发生)发生的时间相差△t,发生的位置相距d,则，

,则在任意参考系中，A都先发生；老,则A、B发生的先后与参考系有关。

绝对的过去与绝对的将来

et

绝对未来

Y

绝对过去

动钟变慢

车厢内的人来看，光的传播时间为

车厢外的人来看，光的传播速度为

运动物体的时间变慢。

甲车上的人认为闪光治竖直方自到达小镜又沿竖直方向被反射

乙车下的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的

时间间隔的相对性

长生不老的秘诀?

既然高速运动的物体时间会变慢，那么,是不是只要让自己以接近光速的速度运动起来，就能延长寿命呢?

生命在于运动???

一个人活了多久，也即其一生经历了多长时间应该其自身为参考系来衡量!所以长生不老，依然只是个传说!

矛盾?

运动是相对的，如果A相对B运动，那么,

在A看来，B在运动，故而B的时间会慢一些；在B看来，A在运动，故而A的时间会慢一些；这不是矛盾吗?那么究竟是谁快谁慢呢?

运动是相对的，但同时，时空也是相对的；时空的相对性导致：不指定观测者的情况下，关于时间的先后与快慢问题以及物体的长短等问题是毫无意义的。

一对双胞胎的尴尬

有一对双胞胎兄弟，哥哥从小随着一艘宇宙飞船以接近光速的速度在宇宙中傲游，弟弟在地球上生活。弟弟想，哥哥在宇宙飞船上高速运动，时间要比地球上过得慢一些，所以等几十年以后，哥哥回来时，应该还很年轻，而自己已经很老了。然而反过来哥哥则会认为弟弟在高速运动，时间过得比较慢，回去时，自己很老了，弟弟还很年轻。那么,兄弟俩再次见面时，究竟谁更老呢?

加速度也会导致时间变慢，哥哥更年轻!

长度的相对性

测量运动物体的长度需要保证在物体的两端同时读数，这里的同时是相对于尺子的。

坐标系本质上就是一把度量空间的尺子。如果同时读取物体两端的坐标，物体的长度就是两端坐标之差。

由于同时是相对的，长度必然也是相对的。

动尺缩短

车厢内的人看来，光信号往返时间为车厢外的人看来，光信号往返时间为

E

由动钟变慢效应：

v

减肥的方法?

既然运动物体的长度会缩短，那么一个再怎么胖的人，只要运动速度(垂直身高的方向)足够快，不就变瘦了吗?这真是减肥的不二良法!?

一个人的胖瘦得从他自己的角度看，以自己为参考系，他总是不动的，不会变瘦。

装不装得下?

火车和隧道静长相等。现在火车以一定速度穿过隧道，隧道管理员说：“火车收缩，短于隧道，所以隧道装得下火车。”火车司机却说：“隧道收缩，短于火车，所以隧道装不下火车。”

解释：车头离开隧道为A事件和车尾进入隧道为B事件。装不装得下的问题，实际上就是A、B两个事件发生的先后问题，由于时空的相对性，不同观测者对此做出的回答可以不同。隧道管理员和司机说的都对，他们都将观测到自己说预料的事情。

停不停得进?

设汽车与车库静长相等。汽车以一定速度进库时，司机认为“动库变短，车放不下”,司库却认为“动车收缩，放下有余”。

解释：答案是正好能放下!

关键的问题是，车头和车尾停止的先后在两个观测者看来是不同的。车上的人看到的现象是车库壁停下后，车库们还在向后移，直到车库长度与车长相等时停下来。车库内的人看到的是车尾在车门处停下来，而车头还没