大學(xué)物理：24相對論

1、本章本章教學(xué)要求：教學(xué)要求：了解愛因斯坦狹義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)。了解愛因斯坦狹義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)。了解洛倫茲坐標(biāo)變換。了解狹義相對論中同時(shí)性了解洛倫茲坐標(biāo)變換。了解狹義相對論中同時(shí)性的相對性以及長度收縮和時(shí)間膨脹概念。了解牛的相對性以及長度收縮和時(shí)間膨脹概念。了解牛頓力學(xué)中的時(shí)空觀和狹義相對論中的時(shí)空觀以及頓力學(xué)中的時(shí)空觀和狹義相對論中的時(shí)空觀以及二者的差異。二者的差異。理解狹義相對論中質(zhì)量和速度的關(guān)系、質(zhì)量和理解狹義相對論中質(zhì)量和速度的關(guān)系、質(zhì)量和能量的關(guān)系。能量的關(guān)系。本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)：相對論中的時(shí)空觀相對論中的時(shí)空觀,長度收縮和時(shí)間膨脹長度收縮和時(shí)間膨脹本章難點(diǎn)：本章難點(diǎn)：相對論

2、中的時(shí)空觀的建立相對論中的時(shí)空觀的建立返回目錄下一頁上一頁牛牛 頓頓 力力 學(xué)學(xué)麥麥 克克 斯斯 韋韋 電電 磁磁 場場 理理 論論熱力學(xué)與經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論熱力學(xué)與經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論19世紀(jì)后期，經(jīng)典物理學(xué)的三大理論體系使經(jīng)典物理學(xué)世紀(jì)后期，經(jīng)典物理學(xué)的三大理論體系使經(jīng)典物理學(xué)已趨于成熟。已趨于成熟。成就世紀(jì)之前物理學(xué)的偉大19 力、電、光、聲力、電、光、聲-等都遵循的規(guī)等都遵循的規(guī)律律-能量轉(zhuǎn)化與守恒定律能量轉(zhuǎn)化與守恒定律當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。近代物理基礎(chǔ) 正于是正于是1900年英國物理學(xué)家開爾文在瞻望年英國物理學(xué)家開爾文在瞻望20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展的

3、文章中說到：世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展的文章中說到：也就是說：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后也就是說：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實(shí)驗(yàn)再做一做，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一輩只要把做過的實(shí)驗(yàn)再做一做，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)后面在加幾位罷了！的小數(shù)點(diǎn)后面在加幾位罷了！ 但開爾文畢盡是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力的但開爾文畢盡是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到： “但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，兩朵令人不安的烏云，-” “在已經(jīng)基本建成的科學(xué)大廈中，在已經(jīng)基本建成的科學(xué)大廈中，后輩的物理學(xué)家只要做

4、一些零碎的修后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了。補(bǔ)工作就行了。” -開爾文開爾文-朵烏云”世紀(jì)末物理學(xué)中的“兩 后來的事實(shí)證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為后來的事實(shí)證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一埸革命的風(fēng)暴，烏云落地化為一埸春雨，一埸革命的風(fēng)暴，烏云落地化為一埸春雨，澆灌著兩朵鮮花。誕生了兩門新的學(xué)科澆灌著兩朵鮮花。誕生了兩門新的學(xué)科l 邁克耳遜邁克耳遜莫雷莫雷“以太漂移以太漂移”實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)l 黑體輻射實(shí)驗(yàn)黑體輻射實(shí)驗(yàn)量子力學(xué)的誕生量子力學(xué)的誕生相對論問世相對論問世微觀領(lǐng)域微觀領(lǐng)域高速領(lǐng)域高速領(lǐng)域強(qiáng)調(diào)強(qiáng)調(diào)l 近代物理不是對經(jīng)典理論的簡單否定。近代物理不是對經(jīng)典理論的簡單否定。l 近代物理不

5、是對經(jīng)典理論的補(bǔ)充，而是全新的理論。近代物理不是對經(jīng)典理論的補(bǔ)充，而是全新的理論。近代物理學(xué)的兩大支近代物理學(xué)的兩大支柱，逐步建立了新的柱，逐步建立了新的物理理論。物理理論。 一首聞名的詩 自然和自然規(guī)律 隱藏在黑夜之中， 上帝說“讓牛頓降生吧”， 一切就有了光明； 但是，光明并不久長， 魔鬼又出現(xiàn)了， 上帝咆哮說：“嗬！ 讓愛因斯坦降生吧”， 就恢復(fù)到如今這個(gè)樣子。 三百多年前，牛頓站在巨人的肩膀上，建立了動(dòng)力學(xué)三大定律和萬有引力定律。其實(shí)，沒有后者，就不能充分顯示前者的光輝。海王星的發(fā)現(xiàn)，把牛頓力學(xué)推上榮耀的頂峰。 魔鬼的烏云并沒有把牛頓力學(xué)摧垮，她在相對論的基礎(chǔ)上確立了自己的適用范圍。宇

6、航時(shí)代，給力學(xué)和相對論帶來又一個(gè)繁花似錦的春天。量子力學(xué)的發(fā)展史是物理學(xué)上最激動(dòng)人心的篇章之一，我們會看到物理大廈在狂風(fēng)暴雨下轟然坍塌，卻又在熊熊烈焰中得到了洗禮和重生。我們會看到最革命的思潮席卷大地，帶來了讓人驚駭?shù)碾婇W雷鳴，同時(shí)卻又展現(xiàn)出震撼人心的美麗。我們會看到科學(xué)如何在荊棘和沼澤中艱難地走來，卻更加堅(jiān)定了對勝利的信念 絕對時(shí)間絕對時(shí)間絕對空間絕對空間 絕對的、數(shù)學(xué)的、與物質(zhì)的存在和運(yùn)動(dòng)無關(guān)絕對的、數(shù)學(xué)的、與物質(zhì)的存在和運(yùn)動(dòng)無關(guān)24.1 經(jīng)典力學(xué)的相對性原理經(jīng)典力學(xué)的相對性原理 伽利略變換伽利略變換一一. 絕對時(shí)空觀絕對時(shí)空觀慣性參考系：慣性參考系：牛頓力學(xué)適用的特殊參照系牛頓力學(xué)適用的

7、特殊參照系, ,一個(gè)沒有加速度的一個(gè)沒有加速度的參考系參考系理想化的概念理想化的概念. .地球參照系地球參照系：對地軸的：對地軸的向心加速度向心加速度為為 3.410-2ms2對太陽的向心加速度對太陽的向心加速度為為 6.110-3ms2太陽參照系太陽參照系：對銀心的：對銀心的向心加速度向心加速度為為 310-10ms2銀河中心參照系銀河中心參照系：還沒有：還沒有測到測到加速度加速度.在所有慣性系中，物體運(yùn)動(dòng)所遵循的在所有慣性系中，物體運(yùn)動(dòng)所遵循的力學(xué)規(guī)律是相同的力學(xué)規(guī)律是相同的，具有具有相同的數(shù)學(xué)表達(dá)形式相同的數(shù)學(xué)表達(dá)形式?；蛘哒f，對于描述力學(xué)現(xiàn)象的或者說，對于描述力學(xué)現(xiàn)象的規(guī)律而言，規(guī)律而

8、言，所有慣性系是等價(jià)的所有慣性系是等價(jià)的。 二二. 經(jīng)典力學(xué)的相對性原理經(jīng)典力學(xué)的相對性原理l 經(jīng)典力學(xué)相對性原理與絕對時(shí)空觀密切相關(guān)經(jīng)典力學(xué)相對性原理與絕對時(shí)空觀密切相關(guān) 三三. 伽利略變換伽利略變換SSx,y,z,trt ,z ,y ,xrx,y,z,tvt ,z ,y ,xvx,y,z,tat ,z ,y ,x a正變換正變換utxxyy 逆變換逆變換伽利伽利略變略變換式換式utxxzz tt yyzz tt 在兩個(gè)慣性系中分析描述同一物理事件在兩個(gè)慣性系中分析描述同一物理事件在在 t 0 時(shí)刻，物體在時(shí)刻，物體在 O 點(diǎn)點(diǎn), S , S 系重合。系重合。t 時(shí)刻，物體到時(shí)刻，物體到達(dá)達(dá)

9、 P 點(diǎn)點(diǎn)P(x, y, z; t )(x, y, z; t)rruyOzSx (x )OzySu 是恒量是恒量速度變換和加速度變換式為速度變換和加速度變換式為 請大家自己寫出速度、加速度的逆變換請大家自己寫出速度、加速度的逆變換式式 aatrddvt rddvtaddvt add v由定義由定義tt 并注意到并注意到uvvtua add寫成分量式寫成分量式uxxvvyyvvzzvvzzaa yyaa tuaaxxddzzaa yyaa xxaa SFmaFSma在牛頓力學(xué)中在牛頓力學(xué)中amFamF四四. 牛頓運(yùn)動(dòng)定律具有伽利略變換的不變性牛頓運(yùn)動(dòng)定律具有伽利略變換的不變性 質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)無關(guān)質(zhì)量

10、與運(yùn)動(dòng)無關(guān) 力與參考系無關(guān)力與參考系無關(guān)對于不同的慣性系，一切力學(xué)定律經(jīng)伽利略變換形式相同四、經(jīng)典時(shí)空觀特點(diǎn)tttt ,. 1時(shí)間與物體運(yùn)動(dòng)無關(guān)，的形狀、大小相同物體在兩參照系中測得. 21212xxLxxL如長度：這就是說這就是說,同時(shí)性、時(shí)間間隔和空間距離都是同時(shí)性、時(shí)間間隔和空間距離都是絕對的絕對的,與參考系的選與參考系的選擇擇無關(guān)無關(guān).而且而且,時(shí)間和空間是時(shí)間和空間是彼此獨(dú)立的彼此獨(dú)立的、互不相關(guān)的互不相關(guān)的,并且獨(dú)立于物并且獨(dú)立于物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)之外質(zhì)和運(yùn)動(dòng)之外. 這就是這就是經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀,也稱也稱絕對時(shí)空觀絕對時(shí)空觀.邁克耳遜邁克耳遜 莫雷實(shí)驗(yàn)?zāi)讓?shí)驗(yàn)對對 (1)

11、光線：光線：O M1 Ovvclclt111)/11(2221cclv24.2 狹義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)狹義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)一一. 伽利略變換的困難伽利略變換的困難l Maxwell 電磁場方程組不服從伽利略變換電磁場方程組不服從伽利略變換l 邁克耳遜邁克耳遜 莫雷實(shí)驗(yàn)的莫雷實(shí)驗(yàn)的零零結(jié)果結(jié)果以太風(fēng)以太風(fēng)1M2MS2l1lv(1)(2)在沒有電荷和電流的自由空間，麥克斯韋方程組將簡化為一個(gè)速度為c的波動(dòng)方程），但是根據(jù)牛頓力學(xué)，在伽利略變換下，不可能存在一個(gè)絕對速度在所有參照系中都一樣2M2tv對對 (2) 光線：光線：O M2 O)/11(22222ccltv由由 l1 = l2 = l

12、 和和 v c)21 (2222ccltv)1 (2221ccltv12ttt32/clv兩束光線兩束光線的時(shí)間差的時(shí)間差當(dāng)儀器轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)儀器轉(zhuǎn)動(dòng) p / 2 后后，引起，引起干涉條干涉條紋移動(dòng)紋移動(dòng)2222( )( )ttllNccc 當(dāng)時(shí)間差的改變量是光波的一個(gè)周期時(shí)，就引起一條干涉條紋的移動(dòng)，所以條紋移動(dòng)的總數(shù)為：式中是光波的波長，當(dāng)l=11米，=5.910-7米，v=3 10-4米/秒，c=3 108米/ 秒，得到而實(shí)驗(yàn)觀察到只有小到移動(dòng)條條紋的1/100，但從來也沒有看到過0.4個(gè)條紋的移動(dòng)。2222( )( )ttllNccc 4 . 0)103(109 . 5)103(222874N

13、結(jié)論：測不出地球的絕對運(yùn)動(dòng)，地球相對于絕對參考系的速度為零。有一部分人不相信邁克爾孫有一部分人不相信邁克爾孫莫雷實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，莫雷實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，繼續(xù)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備作實(shí)驗(yàn)。而且春天作了夏天作，秋天繼續(xù)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備作實(shí)驗(yàn)。而且春天作了夏天作，秋天作了冬天作；平地作了高山作作了冬天作；平地作了高山作實(shí)驗(yàn)精度越來越高，能實(shí)驗(yàn)精度越來越高，能作實(shí)驗(yàn)的人越來越多，乃至幾乎每個(gè)大學(xué)都能作，但結(jié)作實(shí)驗(yàn)的人越來越多，乃至幾乎每個(gè)大學(xué)都能作，但結(jié)果仍然一樣，地球上的光速與地球速度無關(guān)。果仍然一樣，地球上的光速與地球速度無關(guān)。 面對這種情況，一些有頭腦面對這種情況，一些有頭腦的科學(xué)家進(jìn)行了各方面的猜測：的科學(xué)

14、家進(jìn)行了各方面的猜測：有人提出光速是相對光源的速度，有人提出光速是相對光源的速度，正于子彈的速度是相對槍口的速正于子彈的速度是相對槍口的速度一樣，用地球上的光源作實(shí)驗(yàn)度一樣，用地球上的光源作實(shí)驗(yàn)當(dāng)然不變。當(dāng)然不變。但是這又被天文上的但是這又被天文上的雙星實(shí)驗(yàn)所否定。雙星實(shí)驗(yàn)所否定。 CABABvC vC fv以以A星為例：如果光速與光源星為例：如果光速與光源運(yùn)動(dòng)有關(guān)，從運(yùn)動(dòng)有關(guān)，從e點(diǎn)發(fā)出的光的點(diǎn)發(fā)出的光的光速為光速為vC 從從f點(diǎn)發(fā)出的光的光速為點(diǎn)發(fā)出的光的光速為vC 因星星離我們很遠(yuǎn)，就可能因星星離我們很遠(yuǎn)，就可能出現(xiàn)當(dāng)從出現(xiàn)當(dāng)從e點(diǎn)發(fā)出的光到達(dá)地點(diǎn)發(fā)出的光到達(dá)地球時(shí)，球時(shí)，f點(diǎn)發(fā)出的光也

15、趕到地點(diǎn)發(fā)出的光也趕到地球，這樣我們就可以同時(shí)在空球，這樣我們就可以同時(shí)在空中看到兩個(gè)中看到兩個(gè)A星，這種時(shí)隱時(shí)星，這種時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的星稱為現(xiàn)的星稱為“魅星魅星”。但是天。但是天文上從來沒有觀察到過這樣的文上從來沒有觀察到過這樣的星星。說明光速成與光源運(yùn)動(dòng)星星。說明光速成與光源運(yùn)動(dòng)無關(guān)無關(guān)。veA C299976又有人提出，可能是地球拖著又有人提出，可能是地球拖著“以太以太”一道運(yùn)一道運(yùn)動(dòng)，地球與以太之間沒有相對運(yùn)動(dòng)了，當(dāng)然測動(dòng)，地球與以太之間沒有相對運(yùn)動(dòng)了，當(dāng)然測不出速度的差別，但是這一想法又被天文上的不出速度的差別，但是這一想法又被天文上的“光行差實(shí)驗(yàn)光行差實(shí)驗(yàn)”所否定。所否定。“光行差實(shí)驗(yàn)光

16、行差實(shí)驗(yàn)”否定否定地球拖著地球拖著“以太以太”運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。還有不少解釋還有不少解釋.但總有矛盾的地方。這樣一來但總有矛盾的地方。這樣一來物理學(xué)面臨著場危機(jī)，對于物理學(xué)面臨著場危機(jī)，對于經(jīng)典物理的大廈經(jīng)典物理的大廈，人們想扶起東墻卻倒了西墻，想扶起西墻卻倒人們想扶起東墻卻倒了西墻，想扶起西墻卻倒了東墻。為什么會產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象呢？因?yàn)槿肆藮|墻。為什么會產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象呢？因?yàn)槿藗兪苤鴤鹘y(tǒng)思想的束縛，仍抱著牛頓的時(shí)空觀們受著傳統(tǒng)思想的束縛，仍抱著牛頓的時(shí)空觀不放。抱著伽利略坐標(biāo)變換不放。在這種情況不放。抱著伽利略坐標(biāo)變換不放。在這種情況下就看誰能沖破傳統(tǒng)思想的束縛，就能在大量下就看誰能沖破傳統(tǒng)思想的束

17、縛，就能在大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)面前創(chuàng)建新的理論。的實(shí)驗(yàn)事實(shí)面前創(chuàng)建新的理論。 正是他對任何一個(gè)看來無可非議的正是他對任何一個(gè)看來無可非議的問題總要問一個(gè)為什么，如他對一米問題總要問一個(gè)為什么，如他對一米就是一米，一秒就是一秒也要產(chǎn)生懷就是一米，一秒就是一秒也要產(chǎn)生懷疑，他說：疑，他說：“時(shí)間、空間人們都說弄清時(shí)間、空間人們都說弄清了，不再研究，我從小就沒有弄懂，了，不再研究，我從小就沒有弄懂，長大以后就繼續(xù)研究。就研究出相對論長大以后就繼續(xù)研究。就研究出相對論” 。正是這樣正是這樣一個(gè)人，一個(gè)人，1905年，年僅僅年，年僅僅26歲的愛因斯坦提出了兩條歲的愛因斯坦提出了兩條假設(shè)創(chuàng)建了狹義相對論（假設(shè)創(chuàng)

18、建了狹義相對論（1916年又發(fā)表了廣義相對年又發(fā)表了廣義相對論）。當(dāng)然現(xiàn)在已不是什么假設(shè)，而是兩條基本的原論）。當(dāng)然現(xiàn)在已不是什么假設(shè)，而是兩條基本的原理。理。 是誰沖破了舊的傳統(tǒng)的思想的束縛是誰沖破了舊的傳統(tǒng)的思想的束縛呢！愛因斯坦（呢！愛因斯坦（Albert Einstein 1879-1955 ）1905年，年，A. Einstein 首次提出了狹義相對論的兩個(gè)假設(shè)首次提出了狹義相對論的兩個(gè)假設(shè) m/s 458 792 299 c1. 光速不變原理光速不變原理在所有的慣性系中，光在真空中的傳播速率具有相同的值在所有的慣性系中，光在真空中的傳播速率具有相同的值包括兩個(gè)意思：包括兩個(gè)意思：l

19、 光速不隨觀察者的運(yùn)動(dòng)而變化光速不隨觀察者的運(yùn)動(dòng)而變化 l 光速不隨光源的運(yùn)動(dòng)而變化光速不隨光源的運(yùn)動(dòng)而變化 所有慣性系都完全處于平等地位，沒有任何理由選某所有慣性系都完全處于平等地位，沒有任何理由選某一個(gè)參考系，把它置于特殊的地位。一個(gè)參考系，把它置于特殊的地位。二二. 狹義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)狹義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)2. 相對性原理相對性原理一切物理規(guī)律在所有慣性系中具有相同的形式一切物理規(guī)律在所有慣性系中具有相同的形式 在牛頓力學(xué)中，在牛頓力學(xué)中，與參考系無關(guān)與參考系無關(guān) 在狹義相對論力學(xué)中，與參考系有關(guān)在狹義相對論力學(xué)中，與參考系有關(guān)(1) Einstein 相對性原理相對性原理 是是

20、 Newton力學(xué)相對性原理的發(fā)展力學(xué)相對性原理的發(fā)展討論討論(2) 光速不變原理與伽利略的速度合成定理針鋒相對光速不變原理與伽利略的速度合成定理針鋒相對(3) 時(shí)間和長度等的測量時(shí)間和長度等的測量三、洛侖茲時(shí)空變換運(yùn)動(dòng)，軸正方向以系系沿設(shè)vXSS計(jì)時(shí)起點(diǎn)一致。SS ：對事件P),( ),(tzyxStzyxS) 1 ( )(vtxx猜想：)2( )(t vxx則：ZY)(XXOZYOSS（勻速）vPxxvt欲使正變換和逆變換取相同的形式而且保持真空光速不變，對變換關(guān)系的一個(gè)合理猜想應(yīng)該是線性變換 ，則光速都為c看來，及軸正向傳播，在號，沿時(shí)，從原點(diǎn)發(fā)出一光信設(shè)想SSxtt0）式，得）、（）代

21、入（）、（2143)3( ctxS為系中光信號到達(dá)點(diǎn)坐標(biāo))4( t cxS為系中光信號到達(dá)點(diǎn)坐標(biāo)兩式相乘，有)5( )()(tvcvtctt c)6( )()(tvct vt cctt tvct tc)(2222從而有）式，得代入（2)1 ( )(vtxx)2( )(t vxx不可分割；與空間坐標(biāo)有關(guān)，時(shí)空和時(shí)間tti),(),(tzyxtzyx求正變換：已知)(1 )(12222cvxtcvcvxttzzyyvtxcvvtxx),(),( tzyxtzyxSS求已知系負(fù)向運(yùn)動(dòng)系沿逆變換： ) ( 1 )(1222 cxvtcvcxvttzzyyt vxcvt vxx2特點(diǎn)極限。光速是一切物體

22、運(yùn)動(dòng)的)iv表示不同；在相對運(yùn)動(dòng)方向上坐標(biāo))ii；時(shí)，過渡到伽利略變換低速cviii)c99999998. 0達(dá)到子對撞機(jī)中電子速度已據(jù)報(bào)道，目前，正負(fù)電121212ttSxxttS系中的時(shí)間間隔，求和空間間隔系中時(shí)間間隔已知一、同時(shí)的相對性),( ),( 11111txStxSP事件),( ),( 22222txStxSP事件:,.12有根據(jù)洛侖茲變換和空間間隔xx212212121)()(cvxxcvtttt21212121)()(cvttvxxxxZY)(XXOZYOSS（勻速）v),(11tx),(11tx),(22tx),(22tx1P2P24-2 狹義相對論時(shí)空觀狹義相對論時(shí)空觀同

23、地同時(shí)，則同地同時(shí)，如果12121212 . 1xxttxxtt不同地不同時(shí)，則不同地同時(shí)，如果12121212 . 2xxttxxtt121212ttSxxttS系中的時(shí)間間隔，求和空間間隔系中時(shí)間間隔已知:,.12有根據(jù)洛侖茲變換和空間間隔xx系中，可能先發(fā)生，但在，再發(fā)生事件系中，先發(fā)生事件在SPPS21，若、沒有關(guān)聯(lián)的兩件事00),(),(. 31212222111xxtttxPtxP，即有可能小于零。則00012tt，時(shí)序可以顛倒。，再發(fā)生事件事件),(),(111222txPtxP212212121)()(cvxxcvtttt由于中時(shí)序顛倒，則，如果在系中，在SttS1201212

24、tttt即2121212212)()(0)()( cvttxxxxcvtt則的速度極限矛盾。，這與光速為一切物體，則要求由于cvcttxx)()(121221，接收是事件如電磁波的發(fā)射是事件，時(shí)序不可顛倒。如電磁波的發(fā)射和接收有因果關(guān)系的兩事件，. 4212212121)()(cvxxcvtttt由于例題1 地面上觀察者認(rèn)為同時(shí)發(fā)生的兩事件A和B，在火箭上的觀察者看來誰先發(fā)生？AB1221 B , A xxxx：地面上22122121)(cvxxcvtt又先發(fā)生B , 01212tttt例2，有兩個(gè)事件在坐標(biāo)S系中觀察時(shí)是同時(shí)發(fā)生的，相距間隔為1米，S系相對S系沿著兩事件的連線勻速運(yùn)動(dòng)，在S系

25、中觀察時(shí)，這兩事件相隔2米，問在S系中測得的這兩事件的時(shí)間間隔是多少？1221 2 1 ttmxmxtt求，已知解：222221t 1cvxcvtcvvtxx因?yàn)?122cvtvxxccvcv23 v211 10122222ccv3210 22221tcvxcvt最短。止的參照系測得的時(shí)間相對物理過程發(fā)生地靜0二、時(shí)間膨脹點(diǎn)的一物理過程所系靜止，在相對于中，有一點(diǎn)設(shè)在慣性系PSPS為固有時(shí)。，則稱經(jīng)歷的時(shí)間為00:,21事件結(jié)束為事件設(shè)該過程開始為PP12120222111.),(),(xxtttxPtxPS且，結(jié)束系，開始，結(jié)束系，開始),(),(222111txPtxPS隔為系測量物理過程

26、時(shí)間間則SZYXZYXtt兩系重合、，SStt0ZYXZYXttv變慢系觀察，時(shí)鐘tSZYXZYXttv變慢系觀察，時(shí)鐘tS 動(dòng)鐘變慢效應(yīng)是動(dòng)鐘變慢效應(yīng)是時(shí)間本身的客觀特征時(shí)間本身的客觀特征，適宜一切類，適宜一切類 型的鐘，即一切與時(shí)間有關(guān)的過程（型的鐘，即一切與時(shí)間有關(guān)的過程（物理過程、化物理過程、化 學(xué)過程、生命過程學(xué)過程、生命過程等），都因運(yùn)動(dòng)而變慢等），都因運(yùn)動(dòng)而變慢 ； 對同一過程，對同一過程，固有時(shí)只有一個(gè)固有時(shí)只有一個(gè)，是在，是在同一地點(diǎn)同一地點(diǎn)測得測得的時(shí)間間隔（因?yàn)樗袘T性系都是等價(jià)的）；的時(shí)間間隔（因?yàn)樗袘T性系都是等價(jià)的）； 動(dòng)鐘變慢效應(yīng)是動(dòng)鐘變慢效應(yīng)是相對論效應(yīng)相對論效

27、應(yīng)。S系的觀測者認(rèn)為系的觀測者認(rèn)為S 系的鐘慢了；同樣，系的鐘慢了；同樣， S系的觀測者也認(rèn)為系的觀測者也認(rèn)為S系的鐘系的鐘 慢了（因?yàn)樗袘T性系都是等價(jià)的）；慢了（因?yàn)樗袘T性系都是等價(jià)的）； 當(dāng)當(dāng)u 損失的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成靜能損失的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成靜能解：設(shè)復(fù)合粒子質(zhì)量為解：設(shè)復(fù)合粒子質(zhì)量為M 速度為速度為V 碰撞過程，動(dòng)量守恒碰撞過程，動(dòng)量守恒vSvS時(shí)空的相對性 1. 同時(shí)的相對性同時(shí)的相對性 狹義相對論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)狹義相對論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)2. 時(shí)間的延緩時(shí)間的延緩dc反射鏡光源BSvc反射鏡光源BdvltvScdt20222 tdlv22222 tdccltv:S:S從兩時(shí)間式中消去從兩時(shí)間式中消去d

28、，有，有2202222 ttcccltv解得：解得：02201tcttv0tt固有時(shí)：固有時(shí)：在某一參考系中同一地點(diǎn)先后發(fā)生兩個(gè)在某一參考系中同一地點(diǎn)先后發(fā)生兩個(gè)事件的時(shí)間間隔。事件的時(shí)間間隔。時(shí)間延緩：時(shí)間延緩：在在S系中記錄下兩事件的時(shí)間間隔大于系中記錄下兩事件的時(shí)間間隔大于在在S系中記錄到的原時(shí)。系中記錄到的原時(shí)。 cv0tt 由時(shí)間的延緩看長度收縮由時(shí)間的延緩看長度收縮空間間隔的相對性空間間隔的相對性21xxu t 于是于是S系測得的桿長為：系測得的桿長為：21lxxu t 在在S系中某一時(shí)刻系中某一時(shí)刻t1，B端經(jīng)過端經(jīng)過x1。Sx1xBSxAu1xSxABSx2xu在其后在其后t1

29、+ t 時(shí)刻，桿的時(shí)刻，桿的A端經(jīng)端經(jīng)過過x1處，這時(shí)處，這時(shí)B端經(jīng)過端經(jīng)過x2處處: 把桿的把桿的A、B端先后經(jīng)過端先后經(jīng)過S系的系的某固定點(diǎn)某固定點(diǎn)當(dāng)作發(fā)生在同當(dāng)作發(fā)生在同一地點(diǎn)的兩個(gè)事件。一地點(diǎn)的兩個(gè)事件。因?yàn)橐驗(yàn)閠1、 t1+ t 這兩個(gè)時(shí)刻都是這兩個(gè)時(shí)刻都是在在S系的系的固定點(diǎn)固定點(diǎn)x1處測得的，所處測得的，所以，時(shí)間間隔以，時(shí)間間隔t 為為固有時(shí)固有時(shí)。ult0又因?yàn)橛忠驗(yàn)镾系測得的桿長為系測得的桿長為l0，所以所以S系的觀測者認(rèn)為桿的系的觀測者認(rèn)為桿的B端、端、A端先后經(jīng)過端先后經(jīng)過S系系x1處所處所用時(shí)間間隔為：用時(shí)間間隔為：（注意：（注意：這時(shí)間間隔不是在這時(shí)間間隔不是在S系同一地點(diǎn)測得的，所以不系同一地點(diǎn)測得的，所以不是是固有時(shí)固有時(shí)，是，是兩地時(shí)兩地時(shí)）空間間隔的相對性空間間隔的相對性1xSxABSx2xuSx1xBSxAu因?yàn)橐驗(yàn)閠 為為固有時(shí)固有時(shí)，所以，所以tult0由以上各式可解得：由以上各式可解得：00lll動(dòng)桿變短了！動(dòng)桿變短了！空間間隔的相對性空間間隔的相對性Sx