物理必修ii滬科版愛因斯坦心目中的宇宙課件

1、6.3 愛因斯坦心目中愛因斯坦心目中的宇宙的宇宙愛因斯坦列車愛因斯坦列車由于光速不變由于光速不變，在一個慣性系中同時不同地點發(fā)，在一個慣性系中同時不同地點發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性生的兩個事件，在另一個慣性系中不再是同時系中不再是同時發(fā)發(fā)生生的了。的了。在列車（在列車（SS系）中部一光源發(fā)出光信號，在列車系）中部一光源發(fā)出光信號，在列車中中 A A、B B 兩個接收器同時收到光信號兩個接收器同時收到光信號。但在地面（。但在地面（S S系）來看，系）來看，由于由于光速不變光速不變，A A 先收到，先收到，B B 后收到后收到 。ABv vxyoxyox yo SxyoSdcdt/2udtu22

2、22 tudtcS 系中系中：S 系中系中：解得解得22/112cucdt22/1cut0t固有時間固有時間0t固有時固有時間最短間最短0M1M2M同一參考系中同一地點發(fā)生的兩事件的時間間同一參考系中同一地點發(fā)生的兩事件的時間間隔（或者說，由同一只時鐘測出的時間間隔）隔（或者說，由同一只時鐘測出的時間間隔）稱為稱為固有時間固有時間。固有時間最短。固有時間最短。x yo SxyoSdudtu0M1M2MS S系中，光脈沖的發(fā)射和接收是在不同地點發(fā)生系中，光脈沖的發(fā)射和接收是在不同地點發(fā)生的。的。S S系中觀察者必須用兩個完全對準(zhǔn)的鐘系中觀察者必須用兩個完全對準(zhǔn)的鐘MM1 1和和MM2 2來測量。

3、來測量。S S系中測出的系中測出的 t t 不是固有時間。不是固有時間。x yo SxyoSdudtu0M1M2M相對于一個變化過程運動的鐘所測量出的變化相對于一個變化過程運動的鐘所測量出的變化過程的時間間隔較長，這一效應(yīng)稱為過程的時間間隔較長，這一效應(yīng)稱為時間延緩時間延緩效應(yīng)效應(yīng)，也叫，也叫動鐘變慢動鐘變慢。（1 1）這是時間本身的一種客觀特性）這是時間本身的一種客觀特性（3 3）低速空間相對論效應(yīng)可忽略。）低速空間相對論效應(yīng)可忽略。（2 2）動鐘變慢是相對的）動鐘變慢是相對的。到底是哪個鐘走得慢了呢？到底是哪個鐘走得慢了呢？a.慢慢慢慢.“雙生子佯雙生子佯謬謬”由動鐘變慢產(chǎn)生了由動鐘變慢產(chǎn)

4、生了“雙生子佯謬雙生子佯謬”。這個問題。這個問題的關(guān)鍵是周游天外的乙要回到出發(fā)點。倘若乙的關(guān)鍵是周游天外的乙要回到出發(fā)點。倘若乙的飛船僅僅作勻速直線運動，是辦不到這一點的飛船僅僅作勻速直線運動，是辦不到這一點的。乙的飛行路線必然是有來有去，或是轉(zhuǎn)一的。乙的飛行路線必然是有來有去，或是轉(zhuǎn)一個圈子。；在此在甲看來，乙是在作有速度變個圈子。；在此在甲看來，乙是在作有速度變化的運動，當(dāng)然，在乙看來，甲相對于他也在化的運動，當(dāng)然，在乙看來，甲相對于他也在作變速運動。按照動鐘變慢的理論，甲看乙鐘作變速運動。按照動鐘變慢的理論，甲看乙鐘變慢，乙看甲鐘變慢這種對稱性，只有當(dāng)甲和變慢，乙看甲鐘變慢這種對稱性，只

5、有當(dāng)甲和乙之間的相對運動是勻速直線運動時才能保持。乙之間的相對運動是勻速直線運動時才能保持。一旦出現(xiàn)了變速的相對運動，就不能使用這個一旦出現(xiàn)了變速的相對運動，就不能使用這個對稱性了。對稱性了。 在雙生子問題中有一個因素：甲、乙和他們周在雙生子問題中有一個因素：甲、乙和他們周圍的宇宙，如果甲留在地球上，他相對于大量圍的宇宙，如果甲留在地球上，他相對于大量天體并沒有作變速運動，在甲看來，只有乙在天體并沒有作變速運動，在甲看來，只有乙在作變速運動；在乙看來，情況與甲不同，他不作變速運動；在乙看來，情況與甲不同，他不但看到甲在作變速運動，而且整個宇宙都在作但看到甲在作變速運動，而且整個宇宙都在作變速運

6、動。一邊是整個周圍的宇宙，一邊只是變速運動。一邊是整個周圍的宇宙，一邊只是一個飛船，這是明顯的不對稱。那么，到底誰一個飛船，這是明顯的不對稱。那么，到底誰年輕呢？年輕呢？ 1966年，真的做了一次雙生子旅游實驗，用來年，真的做了一次雙生子旅游實驗，用來判斷到底那個壽命長，同時也一勞逸地結(jié)束了判斷到底那個壽命長，同時也一勞逸地結(jié)束了純理論的爭論。不過旅游的不是人，仍然是純理論的爭論。不過旅游的不是人，仍然是u子。旅途也不在天外，而是一個直徑大約為子。旅途也不在天外，而是一個直徑大約為14米的圓環(huán)。米的圓環(huán)。U子從一個出發(fā)點沿著圓軌道運動子從一個出發(fā)點沿著圓軌道運動回到出發(fā)點，這同乙的旅行方式是一

7、樣的。實回到出發(fā)點，這同乙的旅行方式是一樣的。實驗的結(jié)果是，旅行后的驗的結(jié)果是，旅行后的u子的確比未經(jīng)旅行的子的確比未經(jīng)旅行的同類年輕了。我們似乎可以這樣作結(jié)論了：誰同類年輕了。我們似乎可以這樣作結(jié)論了：誰相對于整個宇宙作更多的變速運動，誰就會活相對于整個宇宙作更多的變速運動，誰就會活得更長久得更長久。 例例1 1、 介子介子固有壽命固有壽命為為2.1510 6s，進入大氣后進入大氣后 介子飛行介子飛行速度速度為為0.998c，從高空到地面約從高空到地面約 10Km，問：問： 介子能否到達地面。介子能否到達地面。e正電子或負正電子或負電子電子中微中微子子反中微反中微子子解：解：地面地面 S 系

8、系觀測觀測 介子壽命：介子壽命：20)/(1cvtt26)/998.0(11015.2ccs100 .346地面地面 S 系系觀測觀測 介子運動距離：介子運動距離：cty998. 086103998.01034)m(10190 介子介子完全能夠到達地面完全能夠到達地面x yo SxyoSABu1xS 系中系中：tulS 系中系中：tul220/1cutt而而所以有所以有220/1cull固有長度固有長度0l固有長度最大固有長度最大在相對于被測物體運在相對于被測物體運動的參照系中，測量動的參照系中，測量物體的長度變短了，物體的長度變短了，這就是長度這就是長度收縮效應(yīng)收縮效應(yīng)。220/1cull（

9、1 1）長度收縮只出現(xiàn)在運動方向）長度收縮只出現(xiàn)在運動方向（2 2）長度收縮是相對的）長度收縮是相對的（3 3）低速空間相對論效應(yīng)可忽略。）低速空間相對論效應(yīng)可忽略。解：解： 從高速運動的從高速運動的 介子（介子（S 系系）看來，）看來， 介子的運動距離介子的運動距離為：為：20)/(1cvyy2998. 0110000)m(632 介子介子可到達地面可到達地面)m(644而從高速運動的而從高速運動的 介子（介子（S 系系）看來，）看來，從高空到地面從高空到地面 的的10Km 距離縮短為：距離縮短為：0998. 0tcy681015. 2103998. 0)m(644實際探測儀器不僅在地面，甚

10、至在地下實際探測儀器不僅在地面，甚至在地下 3km 深的礦井中也測深的礦井中也測到了到了 介子。介子。例例1 1 介子介子固有壽命固有壽命為為2.1510 6s，進入大氣后進入大氣后 介子飛行介子飛行速度速度為為0.998c，從高空到地面約從高空到地面約 10Km，問：問： 介子能否到達地面。介子能否到達地面。例例2、一固有長度為一固有長度為 L0= =90m 的飛船，沿船長方向相對地球以的飛船，沿船長方向相對地球以 v = =0.80c 的的速度在一觀測站的上空飛過，該站測得飛船長度及船身通過觀測站的時間間速度在一觀測站的上空飛過，該站測得飛船長度及船身通過觀測站的時間間隔各是多少？船中宇航員測得前述時間間隔又是多少？隔各是多少？船中宇航員測得前述時間間隔又是多少？)m(54)s(1025.2/7vLtcvLL/120vLt/0)s(1075.37解；解；觀測站測得飛船長度：觀測站測得飛船長度：觀測站測得時間間隔：觀測站測得時間間隔：宇航員測得時間間隔：宇航員測得時間間隔：例例3 3、一個在實驗室中以一個在實驗室中以0.6c 運動的粒子，飛運動的粒子，飛行行3m 后衰變。后衰變。問：問：. .實驗室測得這