時間延緩和長度收縮解析課件

1.3時間延緩和長度收縮1.3.1同時性的相對性1.3.2時間延緩1.3.3長度收縮1.3時間延緩和長度收縮1愛因斯坦指明了時間的測量與同時性之間的密切關系：凡是時間在里面起作用的我們的一切判斷，總是關于同時的事件的判斷。1.3.1同時性的相對性

絕對時空觀認為：如果兩個事件在某一慣性系中同時發(fā)生，則在任何其他慣性系中觀測，這兩個事件也一定同時發(fā)生。

同時性的絕對性。

比如我說，“那列火車7點鐘到達這里”，這大概是說：“我的表的短針指到7同火車的到達這里是同時的事件。”愛因斯坦指明了時間的測量與同時性之間的密切關系2在某一慣性系中同時發(fā)生的兩個事件，在其他作相對運動的慣性系中觀測就不一定同時發(fā)生了。由洛倫茲變換可知，同時性是相對的：先發(fā)生后發(fā)生同時發(fā)生？

3在兩個慣性系相對運動的方向上發(fā)生的兩個事件，若在一個慣性系中這兩個事件同時發(fā)生，則在另一慣性系中觀測，總是處于前一個慣性系運動后方的事件先發(fā)生。同時性的相對性：可用光速不變原理解釋：SuSABccM

x

x12不,光先到達A光同時到達A和B

4洛倫茲首先導出洛倫茲變換，相對性原理也是由龐加萊首先提出的，但是他們都沒有抓住同時性的相對性這一關鍵性、革命性的思想。他們都走近了相對論，卻沒能創(chuàng)立相對論。只有26歲的愛因斯坦敢于質(zhì)疑人們關于時間的原始觀念，堅持同時性是相對的，才完成了這一歷史的重任。參考楊振寧先生的講演：“愛因斯坦：機遇與眼光”洛倫茲首先導出洛倫茲變換，相對性原理也是由龐加萊5對不同參考系而言，沿相對速度方向發(fā)生的同樣的兩個事件之間的時間間隔是不同的1.3.2時間延緩同時性具有相對性，設在S'系中的同一地點x'處，先、后發(fā)生兩個事件和，時間間隔。在S系中這兩個事件一定不同地發(fā)生，

時間延緩效應。

時間的量度是相對的。它們的時間間隔

t

：

6

時間延緩效應：在一個慣性系中觀測，在另一個作勻速直線運動的慣性系中同地發(fā)生的兩個事件的時間間隔變大。

原時（固有時）：在某一參考系中同一地點發(fā)生的兩個事件的時間間隔。在相對該參考系運動的參考系中，這兩個事件（肯定不同地）的時間間隔：時間延緩效應的另一種說法：原時最短。

在涉及某個參考系中兩個同地發(fā)生的事件的問題中，一般應先確定哪個是原時。用

代表原時。時間延緩效應：在一個慣性系中觀測，在另一個作勻速7【例】設有靜止的許多已經(jīng)校準的同步鐘（靜鐘），它們的指針走一個格所用時間都為1s。如果讓其中的一個鐘以u=0.8c的速度相對靜止觀察者運動，那么在靜止觀察者看來這個運動的鐘（動鐘）的指針走一個格用多少時間？解

事件1：這個鐘的指針剛開始轉(zhuǎn)一個格在相對鐘靜止的參考系中，事件1、2同地發(fā)生，時間間隔1s為原時。事件2：指針轉(zhuǎn)完一個格在靜止觀察者看來，這兩個事件的時間間隔：【例】設有靜止的許多已經(jīng)校準的同步鐘（靜鐘），它們的8在靜止觀察者看來，動鐘的指針轉(zhuǎn)一個格所用的時間，比觀察者所在參考系中靜鐘指針轉(zhuǎn)一個格所用的時間要長0.67s。

純屬時空的性質(zhì)，而不是鐘的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。動鐘和靜鐘的結(jié)構(gòu)完全相同，放在一起時它們走得一樣快?；蛘哒f：動鐘比靜鐘走得慢。也是對時間延緩效應的一種說法在靜止觀察者看來，動鐘的指針轉(zhuǎn)一個格所用的時間，9在一個慣性系中觀測，在另一個運動慣性系中同一地點發(fā)生的任何過程（包括物理、化學和生命過程）的節(jié)奏要變慢。孿生子佯謬孿生子效應……時間延緩效應的更一般的說法：在一個慣性系中觀測，在另一個運動慣性系中同一地點10【例】在大氣上層存在大量的稱為

子的基本粒子。

子不穩(wěn)定，在相對其靜止的參考系中平均經(jīng)過2.2106s就自發(fā)地衰變成電子和中微子，這一時間稱為

子的固有壽命。盡管

子的速率高達0.998c，但按其固有壽命計算它從產(chǎn)生到衰變只能平均走過650m的路程。一般產(chǎn)生

子的高空離地面8000m左右，為什么在地面可以檢測到

子？

解兩個事件：

子的產(chǎn)生和

子的衰變。

原時。在

子參考系中，這兩個事件同地發(fā)生，因此

=2.2106s固有壽命【例】在大氣上層存在大量的稱為子的基本粒子。子不穩(wěn)11為固有壽命的16倍，

子衰變前平均走的路程：在地面上觀測，

子的壽命：因此，

子可以到達地面。為固有壽命的16倍，子衰變前平均走的路程：在地面上觀測，12【思考】證明狹義相對論符合因果律：對于在一個慣性系中不同地點先、后發(fā)生的兩個事件，只要這兩個事件有因果關系，則在任何其他慣性系中觀察，它們發(fā)生的時間次序都不可能顛倒。對于兩個無因果關系的事件，在不同參考系中觀察，它們發(fā)生的時間次序是可能顛倒的?！舅伎肌孔C明狹義相對論符合因果律：對于在一個慣性系中不13測出物體兩端的坐標，差值

x就是物體的長度（稱為物體的原長），1.3.3長度收縮對靜止物體長度的測量：

對測量的先后次序沒有要求，可以不同時測量物體兩端的坐標，即t1'

可以不等于t2'。只有同時測定物體兩端的坐標（t1=t2），差值

x才是物體的長度。對運動物體長度的測量：

長度收縮效應把測量物體兩端坐標，定義為兩個事件：，或尺縮效應。

14

它們的空間間隔記為

l'。

長度收縮效應：在慣性系中觀測，運動物體在其運動方向上的長度要縮短。在某一參考系中沿運動方向同時發(fā)生的兩個事件的空間間隔由同時性的相對性可知，在其他任何運動參考系中這兩個事件一定不同時發(fā)生對長度收縮效應的更普遍說法。測長最短

記為

l一般而言：按照洛倫茲變換：測長：

15長度收縮只發(fā)生在物體運動的方向上，在垂直方向上不收縮長度收縮純屬時空性質(zhì)，與在熱脹冷縮現(xiàn)象中所發(fā)生的實際的收縮和膨脹是完全不同的。

縱向收縮，橫向不收縮。長度收縮與同時性的相對性有關，是不同慣性系之間進行時間測量的結(jié)果。

在涉及某個參考系中兩個同時發(fā)生的事件的問題中，一般應先確定哪個是測長。長度收縮只發(fā)生在物體運動的方向上，在垂直方向上不收縮長度16隧道隧道火車【思考】一列火車以速度u勻速通過隧道