大學(xué)物理（下冊(cè)）課件14.2 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀

1.應(yīng)當(dāng)注意：人們的生活直觀經(jīng)驗(yàn)會(huì)不時(shí)干擾我們的學(xué)習(xí)與理解，成為學(xué)習(xí)狹義相對(duì)論的障礙，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí)，必須徹底放棄牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀。2.應(yīng)用洛倫茲變換可以導(dǎo)出狹義相對(duì)論的許多重要結(jié)論，這些結(jié)論已被眾多實(shí)驗(yàn)證實(shí)，從中可以體會(huì)狹義相對(duì)論時(shí)空觀的含義。14.2狹義相對(duì)論的時(shí)空觀

14.2.1同時(shí)的相對(duì)性1.牛頓絕對(duì)時(shí)空觀：時(shí)間的量度是絕對(duì)的兩事件在慣性系S同時(shí)發(fā)生，在另一個(gè)慣性系S’中一定同時(shí)發(fā)生；但是S.R.卻得到不同的結(jié)論：同時(shí)具有相對(duì)性；例：S’系不同空間點(diǎn)同時(shí)發(fā)生兩事件，在S系測(cè)量不同時(shí)！反之亦然；這就是S.R.同時(shí)的相對(duì)性。2.S.R.時(shí)空觀：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)；例：S’系不同空間點(diǎn)發(fā)生的光信號(hào)接受事件；由洛倫茲變換可得時(shí)間間隔在兩慣性系的變換關(guān)系：討論三種情況的變換結(jié)果：(1)a.S’系不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩事件；b.S’系同地點(diǎn)不同時(shí)發(fā)生的兩事件；c.S’系同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩事件；注意：(1)式是討論時(shí)間關(guān)系的法則；結(jié)論：S’系不同地、同時(shí)發(fā)生兩事件，S系不會(huì)同時(shí)發(fā)生；“同時(shí)”僅具有相對(duì)意義＝同時(shí)的相對(duì)性；(2)(3)a.S’系不同地、同時(shí)發(fā)生的兩事件；b.S’系同地、不同時(shí)發(fā)生的兩事件；c.(4)結(jié)論：S’系同地、同時(shí)發(fā)生的兩事件，在S系一定同時(shí)發(fā)生。結(jié)論：S’系同地、不同時(shí)發(fā)生的兩事件，在S系也不會(huì)同時(shí)發(fā)生，但有：，對(duì)應(yīng)時(shí)間間隔的相對(duì)性；

(3)S’系同地、同時(shí)發(fā)生的兩事件；總之：沿慣性系運(yùn)動(dòng)方向不同地發(fā)生的兩事件：在S’系同時(shí)，在S系則不同時(shí)＝同時(shí)具有相對(duì)意義。只有在同一地、同一時(shí)刻發(fā)生的兩事件，在其他慣性系觀察才是同時(shí)。S.R.關(guān)于同時(shí)的相對(duì)性：14.2.2時(shí)間的延緩1.在S.R中，除長(zhǎng)度不是絕對(duì)量外，時(shí)間間隔也不是絕對(duì)量。設(shè)S’系同一地點(diǎn)發(fā)生兩事件：2.由洛倫茲變換得時(shí)間間隔在兩慣性系的變換關(guān)系：S’系靜止鐘表記錄兩事件時(shí)間間隔：；S系靜止鐘表記錄兩事件時(shí)間間隔：；結(jié)論：時(shí)間延緩＝運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘走得慢；(7)-2't1bDDt=固有時(shí)間：相對(duì)慣性系靜止的時(shí)鐘，測(cè)量同一地點(diǎn)發(fā)生的兩事件的時(shí)間間隔.固有時(shí)間；結(jié)論：時(shí)間延緩＝運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘走得慢；結(jié)論：AlbertEinstein解釋：姑娘、小伙與火爐；狹義相對(duì)論的時(shí)空觀：

a.兩事件在不同慣性系，其空間、時(shí)間關(guān)系是相對(duì)的，只有將時(shí)、空聯(lián)系在一起才有意義；b.時(shí)—空互相不獨(dú)立，是不可分割的整體；

c.光速C

是建立不同慣性系間時(shí)空變換的紐帶；

3.時(shí)，

1.時(shí)間延緩是一種相對(duì)效應(yīng)，是測(cè)量結(jié)果；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.）注意：14.2.3長(zhǎng)度的收縮伽利略變換中任意兩點(diǎn)間距離的測(cè)量（任意物體的長(zhǎng)度）不隨慣性系而變化，既有：空間的量度是絕對(duì)的由洛倫茲變換可得空間間隔在兩慣性系間的變換關(guān)系：(5)1.牛頓絕對(duì)時(shí)空觀：2.S.R.時(shí)空觀：在S系中測(cè)量：直尺相對(duì)系靜止且沿ox軸放置，在系中測(cè)量：固有長(zhǎng)度：觀察者與物體相對(duì)靜止時(shí)所測(cè)得的長(zhǎng)度。于是由(5)式得：(6)

時(shí)

洛倫茲收縮:運(yùn)動(dòng)物體在運(yùn)動(dòng)方向上長(zhǎng)度收縮。注意：長(zhǎng)度收縮是一種相對(duì)效應(yīng)，是測(cè)量結(jié)果！總之：在經(jīng)典力學(xué)中，直尺的長(zhǎng)度、任意兩點(diǎn)間的距離都是絕對(duì)的，與參照系無(wú)關(guān)。但在S.R.中，直尺的長(zhǎng)度、任意兩點(diǎn)間的距離都是相對(duì)的，與運(yùn)動(dòng)參照系有關(guān)，但是當(dāng)：又回到伽利略變換關(guān)系所得結(jié)果。(6)

S.R.時(shí)空觀：1.時(shí)間與空間相互聯(lián)系(時(shí)、空不獨(dú)立)；2.時(shí)、空與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)相互聯(lián)系(時(shí)空、物質(zhì)不獨(dú)立)；3.時(shí)間間隔、空間間隔只有相對(duì)意義；

例題14.2.1宇宙射線中的介子為不穩(wěn)定粒子，其固有壽命約為。若該粒子以的速率相對(duì)于地球作勻速直線運(yùn)動(dòng)，試求衰變前在地球參考系測(cè)得其通過(guò)的路程。解：分析設(shè)介子為系、地球?yàn)镾系，直接由時(shí)間變換關(guān)系式解得地球參考系粒子的壽命及通過(guò)的路程為：其中：

例題14.2.2設(shè)想有一光子火箭相對(duì)于地球以速率做直線運(yùn)動(dòng)，若