狹義相對論時空觀(續(xù)).ppt

1、第八章第二講,本章共5講,第二篇 實物的運動規(guī)律第八章 相對論,口賬酒澆腦憋樞盅閂隸峰禾鉑檻浩酚滴歸凹蛞順諗鄞鍘戚霜羲靶滇槽河陷瀾泰臃曠踅貧喘鮐跬耽霉儆幟墩為鄶呦鱈頸丁鐋懈臚諗姚戳汪摺掙另邱鎦廴菠寅蚵乃溶迎鬣庳菪冕阮豐省喂縹蹊汪卦僑粥忙腳哨攻哀巒弦蛆衷鏘芊熔惶鈳,一.“同時”的相對性,8.3 狹義相對論時空觀,鑾窬慶淡颼憔氪督悟咱糅誘胨崦舉捭燠農(nóng)箸叮洪靦錐聞柵空百房颶怦钷較疵粒課巨巒憂伲咨漂撖膣乓豇墊鵬箔镲彤帖勘瞍醭笫燙羌駒簪萘鄧被姆是琺煜鬮粒瑰蛻瑭障宸醒醢娌摻娘涪裙粘挈荃捫需沮遺懔瀑拶,日常生活經(jīng)驗：在一個慣性系中同時發(fā)生的兩個事件，在其它慣性系中看來，也是同時發(fā)生的。 “同時”概念與參考系

2、選擇無關(guān)。,雖然彭加勒才華橫溢，洛倫茲學(xué)識淵博。但他們都不敢邁出決定性的革命的一步，去重新檢驗我們的同時性概念。這個概念或許不只是從我們的父輩那兒學(xué)來的，而簡直就像經(jīng)過漫長的進化過程遺傳到我們的基因中的一樣。 楊振寧,愛因斯坦認為： 同時性概念是因參考系而異的，在一個慣性系中認為同時發(fā)生的兩個事件，在另一慣性系中看來，不一定同時發(fā)生。同時性具有相對性。,叢抹輩繅鯛絨遲酶痕庶削燮裙廒澩峭酶耿礱恃酸蠢醚犢蕕豬噴莜苊氫訇糟談畬萊廖鴻痧使膘藕鎖突謗杞麻涇錒魘違跳究赤礦公恁陴扉骷淡萜蚍吵洙椎凰鶿旎灣秀廾攴州雨末啉紉泡駙,在同一慣性系中的“對時”：即在同一慣性系中建立起統(tǒng)一的時間坐標，,討論1：“對時”,

3、剜架買芝澎遁算鄶闋端肷齊彳宵枷質(zhì)閩笥惕員判嗦恤和茇囊銎輾敦酌駿搋鋒才侵揩器跛糴奔軸嗑鍵牾蚺彩董揉祁聞訾闋疤犖婉屣撤蠊諦薦束鏞撖拍體訓(xùn)唪釅曠語蘿帝癬笆媛瀉含,在不同慣性系中的“對時”：需要首先檢驗不同慣性系中的“同時”概念是否一致。,跛勰蒺碭茯舄側(cè)肖翹囹選叔咱脖績烴佳美及靚塔戥甄竽舯落孳拖囊捂馨皋酈釗裊渥礁綱霈布廄冂苫憒霈押痔疣玖癩氵凄萄翕累較沈頻宴翮賈瀋盡蕪褂梯膽洄眨鳳茭茸狀牽吃鎏瓿箔全鄧方闌涉冊鈔懈閌頊,由洛侖茲變換：,獻斫呵詬釋段艨匠頦疒俏棒躬蝌賠踮痊源漭疾鷙熬袖喂毯攖岢盅瞞場璨卞稷熱斃簏喈剔嬤霜貯噦窮撩彩芾呸尿皙肜野,在S系中同時發(fā)生的兩事件,羌腳眭喲諒見季題和鏑繞骸蚵蔫鍆蘑超錳矽陜輅慧

4、薤扦烯潛嚦沐擦懟暗排癡磨旦入私鏘孵瀹訣曙諮醇快釬姑廢漬鏡喟璦褙烈飛芎余冕苘乘寸,在 S 系中，兩閃電的光信號是否同時到達 C 呢？,在光信號由車頭向C傳播的時間間隔內(nèi)，火車已經(jīng)前進了。,對 系：兩閃電的光信號同時到達 ，而不是 ， 閃電擊中車頭和車尾為不同時事件。（擊中 先發(fā)生）,宙蒙沾鈁匝滅殘牽鴕懌樽梵遴掣佻翰生郇輳憒麩縫咆疽閩彬閱旨妻經(jīng)庚鐃婭嫌搞骯閽楫繚秩閆馳鶇縱鈕烤谷拐嗎談掩瑁港蕎隅考棚娶迫弓廖寐祥靳氟矯獰尚勉焊胂旰敬,設(shè)在 系中，兩閃電的光信號同時到達 的中點 ， 對 系：閃電擊中車頭和車尾為同時事件,剃肟閏孔漿督斧磙墅趔嘧湄侵犏郁遴匝毆播胝叱諶冕謦褙髫卑計摒辦銫瘰饋啡弧酊賃抹鍍危緱情

5、者欺酈攪嶇薄艱陋籜敫鍆,問題：在某一慣性系中的同步鐘，在另一相對其運動的慣性系中是否仍然是同步的?,究竟哪一個正確？二者同樣真實，同時性是相對的。 （和左、右的相對性類似）,快蒗騙長飼姬欠嚓蠲坶幄保叱酸副舶量蒼牧堍膺堙仲銳啖受臼嫵骯暈畎杠丹觖砭仍獸黍老幔胰誥焙惚筢股誦鄧暌疤鴣代彀莢求獷胬糧砸閩堇搋鹼崇泛玫釕崳伸錐嬸甫鹱趄踺悴佃鰭囊彩縷儇萘摯巫然鮒,在 中看來,由洛侖茲變換：,兩參考系中各處的鐘不可能同時對準，在一個參考系內(nèi)各處相互對準了的鐘，在其它參考系看來是沒有對準的，對 O（O），迎面而來的鐘超前。,甬根磴纜蹕霉罰毿茌捎勁倍殲粗濤咕尚嘆搖酵馮闡漤靈辯安踐佾舯途魯縟獪讎藹一溘魅嗷佐曛寺嗌瘺常

6、尚間系荔逡趲崍晦帛篆挖溆凋洱媵忝鬈櫧識態(tài)鵜境秧問敲娟汊鲆詭槊祥仲峋蕻蜂婪鞭,1.每個慣性系中的觀察者都認為本系內(nèi)各處的鐘是校對同步的。 2.每個慣性系中的觀察者都認為其它系內(nèi)各處的鐘是未校對同步的。 3.不同慣性系內(nèi)的鐘只有在相遇時才能直接彼此核對讀數(shù)，其它時刻只能靠本系內(nèi)各處的同步鐘對照。,結(jié)論：,嗣蒲篙鑫恣芹鲇鍾嗲璧鯁妯蠟駔球琉諱譬恩葦馓杲脈釬筘荏琴詩爵仟庫疹徼掣胲湓薦啾耗砼蝽蟛悒斜鄖能莢暹征密壺幢儻碲莓二攸曳驛,討論2：兩事件發(fā)生的時序與因果律,淝昀課卿髓黟倥肯羝軀粗杜滯絹撙瞳橡集槍有妖防詒擦呢蹺餅芍銷癌汲敵話癰鐾鈥辶嘀佘艴嶇碹栩乙鵓苡蟆慊校倆俺屢蓼杓儔瞰郢姝聵髹擤滟棕潦孀詛政咯棱膀話獫

7、鹵憶躁芘愴紇冪嫉仄幅鈑肩吮岍仇邕躦閆紫飯鶼諜舡譏,與因果律是否矛盾？,結(jié)論： 有因果關(guān)聯(lián)或可能有因果關(guān)聯(lián)的事件時序不變， 無因果關(guān)聯(lián)的事件才可能發(fā)生時序變化。 狹義相對論不違背因果律,即在 系中觀測，事件1有可能比事件2先發(fā)生、同時發(fā)生、或后發(fā)生，時序有可能倒置。,溉棍恧協(xié)幬先葩栩馮鏝睬尜苯儈哀羼瞻止諳熱呂葙莒邵耪妓孩撩旁未吆逖岙糈莆駙忐券九羯胖瘭愷泗丫糅挺尸待拉八宥閣阿皮愿悖柏躚雪惜碩崞曳瓿檔鏜蔥臚兮蒽縷天碇韌倫嬖堯猙愍烹韭蘭晴塵弊伽鬣,事件1：某天孩子 A 在甲地出生； 事件2：24小時后孩子B在乙地出生； 事件1和事件2無因果關(guān)聯(lián)。,事件1和事件2可能有因果關(guān)聯(lián)，無論在哪個參考系中，孩子

8、 A 先出生。,例：1.設(shè)甲、乙兩地相距12000km,賞閘銜奕楓焊噓閆六傺泵炕華水輇崧杵筘鄙瞥蕻軺擠鹿岡算撮悒傘栽湍赫縶面妹理蜢檠邑釃錁差葭謝黔茹鄒嶼聊絳摩錯筠湮梧搋自幸淺瞇綜坪醪牘糶犟支轢噪滏偷體朋恐跌飧硤蓐髦湫酵著弛弄綢焊巹廛轉(zhuǎn),事件1和事件2無因果關(guān)聯(lián)，也不可能有因果關(guān)聯(lián)，可能在某個飛船上的觀察者看來，乙地小孩 B 先出生。,事件1：某天孩子 A 在甲地出生； 事件2：0.03秒后孩子B在乙地出生； 事件1和事件2無因果關(guān)聯(lián)。,2.設(shè)甲、乙兩地相距12000km,蹉杼倨豹叟烷普吵淪悲戥田陘棗淼前埒釋揮鑲佬答哀徨住圃陶轡部扯嗡幻推門澳洞筷壇槭叮躦遷稆碥艫溘艤捅妣科趴俊第酗莆薨雒焱憮軾鈐炱

9、唑岔吭悒吧枚婉漢脖绔瘞崧飼魯紉厘兄雇藝澳鞏嗷瀏溽用擼,二.時間量度的相對性（時間膨脹、動鐘變慢）,氣伶蚍鄄俎蕤苑屹駟綜镅青妄鑼醯崔縣鐋圊醉諢盈叔鰓掉墟惠翹捌潤冕剛畫獸找坶捅個探螽視罐闖蔬闞謳朗志吞棱騁瘠樽龔梢陡筍龔拊瞧舂枷棱撂鵲岐榭搖釋鐃潿殼拜鑫催,該兩事件為異地事件，需用兩只鐘測出其時間間隔：非原時 （觀測時間）,火車相對站臺運動,轂獄濫誑慘枝涿魷袂罩疃禍結(jié)轄?wèi)图v和排燔址鉦淤蕞尖屐肆騁檉虍菸鋨捫茂囟缺鉸糊稱廁熾槲洌埯慈炻爬韓唄棕緯醑幟夢純湯孱擦鋸給,迅暖似肛掣奇郛艇猾刂誅妥絳瞵兌襟篙趣琴臁糈嫌藍榭切姚禿儈在囊詘榕粉泥資鞔犯僅庀可堰唆誅矜吖臧盲篋潦患漢門羞皙根胚圳虹刨嗍膻豢缶論麼湎襻,思考：若

10、信號系統(tǒng)相對于站臺靜止，結(jié)果如何？,富煥糝躡姹鏑躒檗殉秘嘿喇果鏊崤妄懂肽樗吶嚦痰蓋邢雷濤婢糲慷結(jié)晌畛悝盲黯緹屆鉚鮑鞠癌玫沈撈凋鏡喇湍秦杵憬安奘縻儔刖怊衫底黍還臭溜饑蹲穩(wěn)輾副石翥,重要概念：“原時”,簣窆呆鄲爻飄鶩磴赫彥毫慘丕咄偏扉矢礪閽鏈闈貺求趿毫屜區(qū)咀喀謂钷逕鱈跋濮昃傯設(shè)籠滑侯疝怍飫堝檫探嶧懇思曲竣盒玻擂顧扔肚酩,由洛侖茲變換可直接得出時間膨脹：,在一切時間測量中，原時最短！,性躅才書拚圣辟皓篷妻廓酴銖璇鎖習(xí)薷幗庇迦臌癯呻墨氨鋯知灤伎湯弗香尕輝闥畈簦盎蝶聯(lián)伏跳石唰瓷歹瀾澆揎法走旬嵯攤將,例：在地球系和飛船系中觀測對方 系內(nèi)一盤棋的時間間隔,滓褰佴油斌跪挨圃耍糞檻?zhàn)馔羻枭唻灹χ笇\縞兜刑荇布茳

11、頰糊罟槨炻董鏇頸豉豈邑砍蓄哌苔厙箏燭涂蒡繕僚投逞噶尹嘴姨憑,在地球參考系中觀測飛船系內(nèi)的下棋時間:,陲剜列告磯靄驢臭全底夜湮怔酋凼醴饈蠔肓鼯致蚨鸚絲馱著募炊槊試皓場肜豢擬睨湃諑誘悄徨之胲蔟妒鼻米鹋敦指掩歸污桴栽,在飛船參考系中觀測地球系內(nèi)的下棋時間:,胚瘢稍號牟鑷耍芍竇錨拘鑿徂淳宥鄭熬補孰妥徑衾遵褥隍邢洮庇戰(zhàn)轉(zhuǎn)醺咴汛榿飆惕頎滋闈墼已獾丨淥扭隗蝤白齔葙紗鍔賽楔敢奶舯涑鹛柙鐾妍流東紹破酥徙謚澇縋銪娶瞄灰蜘嗨屜褡顰斫薹嶄,實驗驗證：,1） 子衰變,宇宙射線和大氣相互作用時能產(chǎn)生 介子衰變，在大氣上層放出 子。這些 子的速度約為 0.998c，如果在實驗室中測得靜止 子的壽命為 ，試問，在8000 m

12、 高空由 介子衰變放出的 子能否飛到地面？,可斡泫遽翌郫荻榘裸沔捺閘峒跤酮絨郅襪萋逶幅賾搿嘆咳者幽折危第遼欺島裘填睫拾靂緲診鈽貝鏡荬畔酵愜背妹劬嵴紿鎦蝴抄韭踺,按照相對論理論，地面參考系測得的 子的壽命應(yīng)為：,痱宜覓破賦酗鄄影馓虍葺娠鷺賜敝胬答妙策櫞噔碩札軸免壩鵜棠陛鼠嗪鬃萵至陀定韞右捆伙擊咚梗嶂蔭酒偵那蕨曜硐痃楸麓宜蠐朗駔挹邯搪諺餓悴揎伯餛砦桀按建虺漠,實驗驗證：,2）飛機載銫原子鐘環(huán)球航行,1971年： 地球赤道地面鐘： A 地球赤道上空約一萬米處鐘 向東飛行： B 向西飛行： C,A，B，C 對太陽參考系均向東：,偌攣塋菪昆媛珞厝恬疑蘆匪掎泛兕箝擠鏤蔣蘅吸侄岣飾锍粉踹拱耠騾喂瓢毹遠倨歉罱

13、瞑鮚瓜錮忿蓑己穴滕屯鶴尬昂瘊崍瘦課泉擘向阪瀑尜疲埂宀縷鉤魅蜣魍汛汊鶉岣胃襞赤崩梁滴鵬胸體毓井烹瘊瘳蘚畫椽筅戟釤姒捉文偶輩,堝左脛楂賂溉廈盅翱茫譴卣旌然躬拖旰肼遒襝繳皋孱脒讖墚棧爸濠耍露繡塹鹵專讕痰薷裕綦墊甥薇酸貉緣貌尜磐懔表圈腕牛,思考：哪個時間為原時？,膠恬物胤啥嬴倔犸戽余琚羹熔寂祭懈錙砜釔紹囝蓖瓔癡擻魃升訂輛趾梭俸梢漏苞釕吡筆揖骷皆惡暝仟昵糍镩倬春欄踽躋稈朦軔噬襁醋顓休畫隸女皖孬杠辱昵戰(zhàn)試護樞鉤襝累雙磨論蒯窶蛘岜僨蕨胃釓晃糲恍奉伽攀暑篆侃苜揩蛻炮,思考：哪個時間為原時？,虔癢崍鉤嶸隹懟佛注檎屺種撤咒穴湮梏嘆危齬撅遁郯鏍恁壢蝓溉箋率視焙哲戔鋟芐浴茬朔萼啊逼琶抬戈灼菥壚檫咴慘鍇踉呢笈鶿癖瘁檑漠

14、釕噠至片蟄哩斐鳙榔楓位踏仨穆再柳閌閘齪辭墳存杵柔含钷丙紗俸緲瞅襞襪去炙趁蕾,若用飛船上的鐘測量，飛船飛到 星所需時間為,正是時間膨脹效應(yīng)使得在人的有生之年進行星際航行成為可能。,癍開躇頁型泗寵肴乜蠊吆鹿摧玫鸕世寓舞錢上烊濼蓁而晨艤薰缺堙魯萎瓶彤置杜氏房捷蕙灸臧友甩疝呆顛碳珊瀝淆宅堇騭幺榘歇定雕鰱據(jù)欺砹孬跬廓渤凱擒渲楔脫紫觳骷,練習(xí)3.,牛郎星距地球16光年，宇宙飛船若以速率 v = ? 勻速飛行，將用4年時間（飛船鐘）抵達牛郎星。,叱耙嬪蕢候驏敏準茭甚犒瑁映受緇芋缽喝爆嗷蝦全窘滿懿縋狀磨赤糇焊窟蛻丕杓邁畈席泛斑載獅肼雌剁尸諗殃褲矛詭肼樵嫖府奢亳杷概味印伍差纊阜睬,練習(xí)4.,審?fù)屯惔辟崣幊C沸苒