第2次 同時(shí)、尺縮11.ppt

1、前節(jié)內(nèi)容回顧,伽利略變換,洛倫茲變換,184 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀,事件A發(fā)生的時(shí)間：位于事件處，對(duì)觀察者靜止的鐘在事件發(fā)生的同時(shí)給出的時(shí)間。,不同地點(diǎn)的兩個(gè)事件的同時(shí)發(fā)生：在兩事件發(fā)生地點(diǎn)放置的鐘（事先校準(zhǔn)同步）記錄的數(shù)值相同。,一、同時(shí)的相對(duì)性,(1) 實(shí)驗(yàn)研究同時(shí)的相對(duì)性：,以愛因斯坦火車為例說明,事件 1 ：車廂后壁接收器接收到光信號(hào)。 事件 2 ：車廂前壁接收器接收到光信號(hào)。,發(fā)一光信號(hào),另一慣性系觀測(cè)結(jié)果？,“同時(shí)”是相對(duì)的,而不是絕對(duì)的，它與慣性系有關(guān)。,(2)由洛侖茲變換研究同時(shí)性的相對(duì)性,則,結(jié)論 ：1) 沿兩個(gè)慣性系相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，不同地點(diǎn)發(fā)生的兩個(gè)事件，在其中一個(gè)慣性系中是同

2、時(shí)的， 在另一慣性系中觀察則不同時(shí)。,洛侖茲變換：,在 S 系,在 系同時(shí)同地發(fā)生的兩事件,結(jié)論:2) 在一慣性系同一地點(diǎn)， 同一時(shí)刻發(fā)生的兩個(gè)事件，在其他慣性系中觀察絕對(duì)也是同時(shí)的 。,1）、同時(shí)性的相對(duì)性是光速不變?cè)淼闹苯咏Y(jié)果。,2）、當(dāng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 c 時(shí)，兩個(gè)慣性系結(jié)果相同。,兩個(gè)事件的時(shí)序是否可能顛倒？,x1,t1,x2, t2,1）當(dāng),K系看小 甲、小乙 同時(shí)出生,例1：在地球上甲地（x1）,t1時(shí)刻有一小孩出生（王小甲）;在地球乙地（x2）,t2時(shí)刻有另一小孩出生（李小乙），且t2-t1=0.006s,(小甲先生,小乙后生)甲、乙兩地相距x2-x1=3000km。那么在一個(gè)飛船

3、上的人看來誰先出生？,x1，t1,x2，t2,2）當(dāng),K系看小 甲后生、 小乙先生 時(shí)序顛倒,由因果律聯(lián)系的兩事件的時(shí)序是否會(huì)顛倒？,S系：,子彈速度,S系：,在S系中：仍然是開槍在前，鳥死在后。,結(jié)論：有因果關(guān)系的兩事件對(duì)任何慣性系時(shí)序不變。,則,1）因果：,則,2）非因果：,（可能很大，不是速度?。?討論：,二、時(shí)間膨脹,(靜止于 系一只鐘測(cè)出的時(shí)間間隔),( S 系中的兩個(gè)地點(diǎn)的兩只鐘測(cè)出的時(shí)間間隔 ),花開事件：,花謝事件：,處發(fā)生兩個(gè)事件：,系：,（壽命）,用洛侖茲逆變換討論,固有時(shí)間:,在某一參考系中，同一地點(diǎn)先后發(fā)生的兩個(gè)事件之間的時(shí)間間隔（一事件的持續(xù)時(shí)間）。,固有時(shí)間最短,結(jié)

4、論,時(shí)間延緩效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,時(shí)間延緩 ：運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢 。,實(shí)驗(yàn)的定量分析：,系同一地點(diǎn) B 發(fā)生兩事件,時(shí)間間隔,在 S 系中觀測(cè)兩事件,時(shí)間膨脹,1）時(shí)間延緩是一種相對(duì)效應(yīng)，同樣地，S 系中的觀察者也會(huì)發(fā)現(xiàn)靜止于S系而相對(duì)于他運(yùn)動(dòng)的任一只鐘比自己參照系中的一系列同步的鐘走得慢。,討論：,3） 時(shí)， 。,2）時(shí)間的流逝不是絕對(duì)的，運(yùn)動(dòng)將改變時(shí)間的進(jìn)程。 （例如新陳代謝、放射性的衰變、壽命等 。 ）,解：若用平均壽命t=2.5 10-8s和v相乘，得7.4m，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符。,例1、帶正電的介子是一種不穩(wěn)定的粒子，當(dāng)它靜止時(shí)，平均壽命為2.510-8s，之后即衰變成一個(gè)介子和一個(gè)中微子，會(huì)產(chǎn)生

5、一束介子，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得它的速率為v=0.99c，并測(cè)得它在衰變前通過的平均距離為52m，這些測(cè)量結(jié)果是否一致？,考慮相對(duì)論的時(shí)間膨脹效應(yīng)， t是靜止介子的平均壽命，是固有時(shí)間，當(dāng)介子運(yùn)動(dòng)時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的平均壽命：,表明:對(duì)飛船這樣大的速率，其時(shí)間膨脹效應(yīng)在實(shí)際上也很難測(cè)出。,飛船上的這段時(shí)間用地面上的鐘測(cè)量，得到,實(shí)驗(yàn)室測(cè)得它通過的平均距離： vt=53m,例2、一飛船以v=9103m/s的速率相對(duì)于地面勻速飛行。飛船上的鐘走了5s，地面上的鐘經(jīng)過了多長(zhǎng)時(shí)間？,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合,1966-1967年歐洲原子核研究中心（CERN）對(duì) 粒子進(jìn)行了研究,三、長(zhǎng)度縮短,強(qiáng)調(diào)：在相對(duì)被測(cè)長(zhǎng)度運(yùn)動(dòng)的參考系

6、中，長(zhǎng)度兩端的坐標(biāo)必須同時(shí)測(cè)量！,固有長(zhǎng)度：觀察者相對(duì)棒靜止時(shí)測(cè)得的長(zhǎng)度,問題：運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度測(cè)量,事件1：測(cè)棒的左端 事件2：測(cè)棒的右端,由洛侖茲變換,固有長(zhǎng)度最長(zhǎng),物體的長(zhǎng)度沿運(yùn)動(dòng)方向收縮,洛侖茲收縮：在相對(duì)于物體有相對(duì)速度的參照系中測(cè)得的沿速度方向的物體長(zhǎng)度l ，總比在與物體相對(duì)靜止的參照系中測(cè)得的物體長(zhǎng)度l0（固有長(zhǎng)度）短。,在S系中的觀察者,在S系中的觀察者,1）長(zhǎng)度縮短純粹是一種相對(duì)論效應(yīng)，與物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)無關(guān)。,討論,2）在垂直于相對(duì)速度方向的長(zhǎng)度不變。若在靜止參照系S中測(cè)得物體的體積為V，在相對(duì)于S系作勻速度v運(yùn)動(dòng)的參照系S 觀測(cè)到物體的體積,且形狀改變,3)當(dāng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 c

7、時(shí)，兩個(gè)慣性系結(jié)果相同。,2、相對(duì)于觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)的慣性系沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度對(duì)觀測(cè)者來說收縮了。 沒有“絕對(duì)”的空間；,3、相對(duì)于觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)的慣性系的時(shí)鐘系統(tǒng)對(duì)觀測(cè)者來說變慢了，沒有“絕對(duì)”的時(shí)間。,1、不同的慣性系沒有共同的同時(shí)性；,光速不變?cè)硎仟M義相對(duì)論時(shí)空觀的前提。 狹義相對(duì)論時(shí)空觀反映在洛侖茲變換之中。,例3 一宇宙飛船以速度0.8c相對(duì)于地球勻速前進(jìn)，在相對(duì)速度方向上宇航員測(cè)得飛船的長(zhǎng)度為20m，而地球上的觀察者觀察到的長(zhǎng)度是多少米？該飛船通過觀察者面前需經(jīng)過多少時(shí)間？,解：宇航員測(cè)得飛船的長(zhǎng)度為固有長(zhǎng)度，,則地球上的觀察者觀察到的長(zhǎng)度：,若：地球上測(cè)得到的一個(gè)20m長(zhǎng)的一個(gè)地上物體，在宇宙飛船上看來是多少米？,飛船通過觀察者面前需經(jīng)過時(shí)間,例4：一根直桿在S系中，其靜止長(zhǎng)度為l，與x軸的夾角