狭义相对论的时空观

第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）15-3 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观一一 同时的相对性同时的相对性事件事件 1：车厢：车厢后后壁接收器接收到光信号壁接收器接收到光信号.事件事件 2：车厢：车厢前前壁接收器接收到光信号壁接收器接收到光信号.第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）15-3 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观221xcttv0122xcv012ttt012xxx 同时同时不同地不同地事件事件 2),(1111tzyx),(2222tzyx 系系(车厢参考系车厢参考系)S 系系(地面参考系地面参考系),(1111tzyx事件事件 1),(2222tzyxSv x y o121236912369 x y o12xyov123691236912369第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）15-3 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观 结论结论：沿两个惯性系运动方向，沿两个惯性系运动方向，不同地点不同地点发生发生的两个事件，在其中一个惯性系中是的两个事件，在其中一个惯性系中是同时同时的，的，在另在另一惯性系中观察则一惯性系中观察则不同时不同时，所以同时具有，所以同时具有相对相对意义；意义；只有在只有在同一地点同一地点，同一同一时刻发生的两个事件，在其时刻发生的两个事件，在其他惯性系中观察也是他惯性系中观察也是同时同时的的.012ttt012xxx0122xcttv在在 S 系系在在 系系同时同地同时同地发生的两事件发生的两事件S此结果反之亦然此结果反之亦然.注意注意 x y o12xyov12369123691236912369第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）15-3 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观二二 长度的收缩长度的收缩xyozs标尺相对标尺相对 系静止系静止s21111txxv22221txxv212121xxxx12xxl在在 S 系中测量系中测量测量为两个事件测量为两个事件),(),(2211txtx要求要求21tt 1 x2 x0l y xv o z s1x2x120lxxl在在 系中测量系中测量s第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）15-3 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观021lll固有固有长度长度 当当 时时 .10ll 固有固有长度：物体相对静止时所测得的长度长度：物体相对静止时所测得的长度.（最长最长）洛伦兹收缩洛伦兹收缩:运动运动物体在运动方向上长度物体在运动方向上长度收缩收缩.212121xxxx120lxxl12xxl 长度收缩是一种长度收缩是一种相对相对效应效应,此结果反之亦然此结果反之亦然.注意注意xyozs1 x2 x0l y xv o z s1x2x第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）15-3 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观 例例1 设想有一光子火箭，设想有一光子火箭，相对于地球以速相对于地球以速率率 飞行，若以火箭为参考系测得火箭长飞行，若以火箭为参考系测得火箭长度为度为 15 m，问以地球为参考系，此火箭有多长，问以地球为参考系，此火箭有多长？c95.0vss火箭参照系火箭参照系地面参照系地面参照系解解：固有长度固有长度m150ll21 llm68.4m95.01152lm150lvx xy yo o第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）15-3 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观运运 动动 的的 钟钟 走走 得得 慢慢三三 时间的延缓时间的延缓第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）15-3 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观s系系同一同一地点地点 B 发生两事件发生两事件在在 S 系中观测两事件系中观测两事件),(),(2211txtx),(2tx),(1tx发射一光信号发射一光信号接受一光信号接受一光信号cdttt212时间间隔时间间隔)(211cxttv)(222cxttvxyosd12369123691x2x12369 yx xyvoossdB12369第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）15-3 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观12tttt)(2cxttv0 x21tt固有固有时间时间：同一同一地点发生的地点发生的两两事件的时间间隔事件的时间间隔.时间延缓时间延缓：运动运动的钟走得的钟走得慢慢.0ttt固有时间固有时间xyosd12369123691x2x12369第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）15-3 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观 1）两个事件在不同的惯性系看来，它们的空间两个事件在不同的惯性系看来，它们的空间关系是相对的，关系是相对的，时间关系也是相对的，只有将空间时间关系也是相对的，只有将空间和时间联系在一起才有意义和时间联系在一起才有意义.2）时时空不互相独立，而是不可分割的整体空不互相独立，而是不可分割的整体.3）光速光速 C 是建立不同惯性系间时空变换的纽带是建立不同惯性系间时空变换的纽带.3）时，时，.cv tt1）时间延缓是一种相对效应时间延缓是一种相对效应.2）时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的进程时间的进程.（例如新陈代谢、放射性的衰变、（例如新陈代谢、放射性的衰变、寿命等寿命等.）注意注意第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）15-3 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观 人类乘接近光速的光子火箭作星际旅行人类乘接近光速的光子火箭作星际旅行21tt211,cv 无论目标有多远，乘客在旅途上花费的固有时间无论目标有多远，乘客在旅途上花费的固有时间原则上可以任意短。原则上可以任意短。地球地球南门二（南门二（4光年）光年）牛郎星（牛郎星（16光年）光年）织女星（织女星（26.3光年）光年）小麦哲伦星云（小麦哲伦星云（15万光年）万光年）在日常生活中在日常生活中时间延缓时间延缓和和长度收缩长度收缩是完全可以忽是完全可以忽略的略的,但运动速度接近光速时但运动速度接近光速时,这两种效应就变得非这两种效应就变得非常重要常重要,在高能物理的领域里得到大量的实验证实在高能物理的领域里得到大量的实验证实.第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）15-3 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观 例例2 设想有一光子火箭以设想有一光子火箭以 速率相速率相对地球作直线运动对地球作直线运动，若火箭上宇航员的计时器记录，若火箭上宇航员的计时器记录他观测星云用去他观测星云用去 10 min,则地球上的观察者测得此则地球上的观察者测得此事用去多少时间事用去多少时间？c95.0vmin01.32min95.0110122tt运动的钟似乎走慢了运动的钟似乎走慢了.解解:设火箭为设火箭为 系、地球为系、地球为 S 系系 Smin10t