《相对论时空观》PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3.4,狭义对论的时空观,1、,“同时”的定义,这就是用光前进的路程来测量时间，而这样定义的理由就是,光速不变,，这样的定义适用于一切惯性系。,设,A,、,B,两处发生两个事件，在事件发生的同时，发出两光信号，若在,A,、,B,的中心点同时收到两光信号，则,A,、,B,两事件是同时发生的。,事件,1,：车厢,后,壁接收器接收到光信号.,事件,2,：车厢,前,壁接收器接收到光信号.,时空均匀 光速不变,同时性的相对性,1,.在,S,系中,不同地点,同时发生,的两事件，,由,结论：,在,S,系中这两个事件不是同时发生的。,一、“同时”性的相对性,同时不同地,事件,2,系(车厢参考系),S,系(地面参考系),事件,1,结论：,沿两个惯性系运动方向，,不同地点,发生的两个事件，在其中一个惯性系中是,同时,的，在另一惯性系中观察则,不同时,，所以,同时,具有,相对,意义；只有在,同一地点,，,同一,时刻发生的两个事件，在其他惯性系中观察也是,同时,的.,在 S 系,此结果反之亦然.,注意,2,.在,S,系中,同时同地,发生,的两事件,3,.,明确几点,同时,性具有,相对意义,。,有因果关系的事件，,因果关系,不因坐标系变化而改变。,当,时，,当,v,c,时，,低速空间,“同时性”,与参照系无关。,在,S,中：,先开枪，后鸟死,是否能发生先鸟死，后开枪？,有因果律联系的两事件的时序是不会颠倒的。,前,事件,1,后,事件,2,开枪,鸟死,在,S,中：,时序:两个事件发生的时间顺序。,子弹,v,在,S,中：,在,S,中,例,.,（1）,某惯性系中一观察者，测得两事件同时刻、同地点发生，则在其它惯性系中，它们不同时发生。,（3）,在某惯性系中同时、不同地发生的两件事，在其它惯性系中必不同时发生。,（2）,在惯性系中同时刻、不同地点发生的两件事，在其它惯性系中必同时发生。,正确的说法是：,(A)(1).(3)(B)(1).(2).(3),(C)(3)(D)(2).(3),C ,二、长度收缩,假设尺子和,S,系以,v,向右运动，,在,S,系中,同时测量,运动的尺子的两端,由,有,S,系中测量相对静止的尺子长度为,),(,x,x,D,g,D,=,l,0,称为固有长度,，即相对物体静止的参照系所测量的长度。,l,称为相对论长度,，即相对物体运动的参照系所测量的长度。,固有长度最长！,结论,长度具有,相对,意义,讨论,1,长度收缩,只出现在运动方向.,l,l,0,v,2,如将物体固定于 系,由 系测量,同样出现长度收缩现象.,3,低速空间相对论效应可忽略.,地球上宏观物体最大速度,10,3,m/s,，,比光速小,5,个数量级，在这样的速度下长度收缩约,10,-,10,，,故可忽略不计。,例,1,.,宇宙飞船相对于地面以速度,v,作匀速直线飞行，某一时刻飞船头部的宇航员向飞船尾部发出一个光讯号，经过,D,t,（飞船上的钟）时间后，被尾部的接收器收到，则由此可知飞船的固有长度为,A,例,2,.,一固有长度为,L,0,=,90 m,的飞船，沿船长方向相对地球以,v,=,0.80,c,的速度在一观测站的上空飞过，该站测得飞船长度及船身通过观测站的时间间隔各是多少？,.,解：观测站测船身长,三、时钟延缓,1,.运动的时钟变慢,在,S,系,同一地点,x,处有一静止时钟,记录在该处前后发生的两个事件的时间间隔为：,.,.,如在飞船上的钟测得一人吸烟用了,5,分钟。,固有时间,在,S,系测得两事件时间间隔为：,在,S,系中观察,S,系中的时钟变慢了-,运动的时钟变慢。,.,.,固有时间最短！,即,2,.,明确几点,运动时钟的变慢完全是相对论的时空效应，与钟的具体结构和其他外界因素无关。,静止的时钟走的最快。,固有时间最短,。,低速空间相对论效应可忽略。,时钟变慢是相对的,，相对,本惯性系,运动,的,时 钟变慢。,运动时钟变慢在粒子物理学中有大量的实验证明。,a,.,.,慢,慢,.,.,时钟变慢是相对的,双生子佯谬,（1）小明与小建是一,对年满20岁的孪生子,（2）小建去做星际旅行,小明留在地球上,（3）小建以0.99c的速率,在太空中遨游,（4）10年后，小建返 回,地球与小明相会,则小明用地球上的钟记录小建飞行的时间为,这就是说，当小建乘宇宙飞船返回地球时是,30岁,，,而小明已是,90岁,的老人了！,如果小建用飞船上的钟测得，他已度过10年,即,可以这样求吗？,狭义相对论时钟变慢的理论，只有在两个参考系都是惯性系时才成立。,需要说明的是：,1966年，真的做了一次双生子旅游实验，用来判断到底那个寿命长，同时也一劳永逸地结束了纯理论的争论。,不过旅游的不是人，仍然是,子。旅途也不在天外，而是一个直径大约为十四米的圆环。,子从一点出发沿着圆形轨道运动再回到出发点，这同乙的旅行方式是一样的。实验的结果是，,旅行后的,子的确比未经旅行的同类年轻了（从它的衰变角度研究）。,时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的进程.（例如新陈代谢、放射性的衰变、寿命等）,例1.,观测者,甲,和,乙,分别静止在两个惯性参照系,K,和,K,中，甲测得在,同一地点,发生的两个事件间隔为 4s，而乙测得这两个事件的时间间隔为 5s，,求：,K,相对于,K,的运动速度.,解:,因两个事件在,K,系中同一地点发生,则根据时钟变慢公式,有,D,t,0,=4s，,D,t,=5s,。,解得,例2,一个在实验室中以,0.6,c,运动的粒子，飞行,3m,后衰变。问：实验室测得这粒子寿命是多少,？,一个与粒子一起运动的观察者测得粒子寿命为多少？,解：,实验室中,以粒子作参照系由,例33,在实验室测量以0.9100,C,飞行的 介子经过的直线路径是17.135,m,，介子的固有寿命是(2.0630.002),s,.试从时间膨胀效应和长度收缩效应说明实验结果与相对论理论的符合程度.,解,从时间膨胀效应说明如下：,相对实验室飞行的 介子，根据飞行路径长度算出它的寿命(运动时)为,可见理论值与实验值相差0.001,s,，且在实验误差范围内.,时间延缓因子,介子固有寿命的相对论理论预言值为,例34,一静止长度为l0的火箭以恒定速度,u,相对参照系,S,运动，如图3.10.从火箭头部,A,发出一光信号，问光信号从,A,到火箭尾部,B,需经多长时间？(1)对火箭上的观测者；(2)对,S,系中的观测者.,解：,(,1)以火箭为参考系，,A,到,B,的距离等于火箭的静止长度，所需时间为,(2)对,S,系中的观测者，测得火箭的长度为 ，光信号也是以,c,传播.设从,A,到,B,的时间为,t,，在此时间内火箭的尾部,B,向前推进了,ut,的距离，所以有,