第5章--狹義相對(duì)論(時(shí)空觀).ppt

1、S系,S系,不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生兩事件A、B.,在 S系中A、B兩事件不同時(shí)發(fā)生。,5.3 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀,一、同時(shí)性的相對(duì)性,火車參照系 S,地面參照系 S,S系中,同時(shí),S系中,先,后,S系: 尺靜止放在,軸上，,S,S,S系中:,觀測(cè)者必須同時(shí)測(cè),得,從S系測(cè)運(yùn)動(dòng)的尺在運(yùn)動(dòng)的方向上縮短(收縮),(原長(zhǎng)),二、長(zhǎng)度的收縮（運(yùn)動(dòng)的尺收縮）,長(zhǎng)度收縮 效應(yīng) 符合相對(duì)性原理：,S系: 尺靜止放在,軸上，,S系中:,觀測(cè)者必須同時(shí)測(cè),得,從S系測(cè)運(yùn)動(dòng)的尺在運(yùn)動(dòng)的方向上也縮短(收縮)！符合相對(duì)性原理,(原長(zhǎng)),S系,S系,同一地點(diǎn)兩事件時(shí)間間隔,(原時(shí)),三、時(shí)間延緩（運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢）,如果在S系,

2、同一地點(diǎn)兩事件時(shí)間間隔,(原時(shí)),也有,符合相對(duì)性原理,S系,時(shí)間延緩 效應(yīng) 符合相對(duì)性原理：,u,u,S,一系列同步鐘,可見S認(rèn)為S的鐘慢了，而S也認(rèn)為S的鐘慢了.,根據(jù)同時(shí)的相對(duì)性，S系認(rèn)為對(duì)準(zhǔn)的鐘，S系認(rèn)為沒對(duì)準(zhǔn)！,矛盾一開始就出現(xiàn)了。,時(shí)鐘的校準(zhǔn)：,與實(shí)驗(yàn)符合得很好。,時(shí)間延緩在研究介子的壽命時(shí)，得到了直接的驗(yàn)證。,例：,飛 船,地 球,問飛船上講一節(jié)課用 1 小時(shí)，,地球上用幾小時(shí)？,例1 一艘宇宙飛船的船身固有長(zhǎng)度為 L0 =90m , 相對(duì)地面 以 u = 0.8c 的勻速度在一觀測(cè)站的上空飛過。 （1） 觀測(cè)站測(cè)得飛船的船身通過觀測(cè)站的時(shí)間間隔是多少？ （2） 宇航員測(cè)得船身通

3、過觀測(cè)站的時(shí)間間隔是多少？,解： 1） 觀測(cè)站測(cè)得船身的長(zhǎng)度,通過觀測(cè)站的時(shí)間間隔為,2） 宇航員測(cè)得飛船船身通過觀測(cè)站的時(shí)間間隔為,或,例2 有一固有長(zhǎng)度為 L0 的棒，在S系中沿 x 軸放置。另存在一S系，以 u 相對(duì)S 系沿 x 軸正方向運(yùn)動(dòng)。求：當(dāng)棒在S系中沿軸以v 運(yùn)動(dòng)時(shí)，從S系中測(cè)得該棒的長(zhǎng)度為多少？,解：當(dāng)棒在 S 系中以v 運(yùn)動(dòng)時(shí)，在 S系看其速度為,因L0是相對(duì)棒靜止的參照系中測(cè)得的長(zhǎng)度,相當(dāng)于：,洛倫茲變換,狹義相對(duì)論的基本假設(shè),1）相對(duì)性原理,2) 光速不變?cè)?狹義相對(duì)論的時(shí)空觀,1 . 同時(shí)性的相對(duì)性,不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生兩事件A、B.,在 另一個(gè)系中A、B兩事件不同時(shí)發(fā)

4、生。,2 . 長(zhǎng)度收縮 （運(yùn)動(dòng)的尺收縮）,運(yùn)動(dòng)的尺在運(yùn)動(dòng)的方向上(相對(duì)于原長(zhǎng))縮短(收縮),3 . 時(shí)間延緩 (運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢),S系中觀測(cè)運(yùn)動(dòng)的鐘(相對(duì)靜止的鐘)變慢(時(shí)間膨脹).,甲開槍,乙中彈倒下,vs,(x1,t1),(x2,t2),子彈速度,這里,S系,S系中觀察,是否會(huì)有,甲先開槍，乙后中彈倒下。,乙先中彈倒下。甲后開槍！,（信號(hào)傳遞速度）,四、洛侖茲變換與事件的因果關(guān)系,例. 事件P1: 張家生了個(gè)小A,事件P2: 李家生了個(gè)小B,在S系，S 系中的時(shí)空坐標(biāo)為:,若在地面S系看, 張家小A先出生， t2 - t1 0。,在飛船S系看, 必然也是張家 小A先出生嗎？,根據(jù) 洛侖茲變

5、換,雖然 t2 - t1 0,但是, x1、x2 是可以取各種數(shù)值的,對(duì)于 x2-x1的不同情況來(lái)說， t(完全可以) 0；0；0 。,即兩事件的時(shí)序完全可能顛倒。,但是,若小A，小B是一母所生,而且母親是位旅行家,在 x1、t1 生了小A, 在 x2、t2 生了小B。,這時(shí)時(shí)序就不應(yīng)顛倒了！,我們將上式中的 記作 vx ,這時(shí)，它是有物理意義的： -母親旅行的平均速度。,孿生子佯謬.(Twin paradox)（選學(xué)內(nèi)容）,一對(duì)孿生兄弟:“明明”和“亮亮”,在他們20歲生日的時(shí)候 ,明明坐宇宙飛船去作一次星際旅游,飛船一去一回作勻速直線運(yùn)動(dòng),速度為0.9998C.明明在天上過了一年,回到地球時(shí),亮亮已多大年齡?,取飛船為S系 地球?yàn)镾系， 飛船飛出為事 件“1”，飛回為 事件“2”,對(duì)S系：,對(duì)S系：,取飛船為S系 地球?yàn)镾系， 飛船飛出為事 件“1”，飛回為 事件“2”,對(duì)S系：,對(duì)S系：,加速 - 非慣性系,廣義相對(duì)論,若用到一對(duì)夫妻身上（丈夫宇航）會(huì)怎樣呢？,仙境一天，地面一年 (牛郎織女),20 歲和 71歲,初始,見面時(shí),趣味之談：,實(shí)驗(yàn)值： 繞地球一周的 運(yùn)動(dòng)鐘變慢： 203 10