第2次 同時、尺縮11.ppt

1、前節(jié)內(nèi)容回顧,伽利略變換,洛倫茲變換,184 狹義相對論的時空觀,事件A發(fā)生的時間：位于事件處，對觀察者靜止的鐘在事件發(fā)生的同時給出的時間。,不同地點的兩個事件的同時發(fā)生：在兩事件發(fā)生地點放置的鐘（事先校準同步）記錄的數(shù)值相同。,一、同時的相對性,(1) 實驗研究同時的相對性：,以愛因斯坦火車為例說明,事件 1 ：車廂后壁接收器接收到光信號。 事件 2 ：車廂前壁接收器接收到光信號。,發(fā)一光信號,另一慣性系觀測結(jié)果？,“同時”是相對的,而不是絕對的，它與慣性系有關。,(2)由洛侖茲變換研究同時性的相對性,則,結(jié)論 ：1) 沿兩個慣性系相對運動方向，不同地點發(fā)生的兩個事件，在其中一個慣性系中是同

2、時的， 在另一慣性系中觀察則不同時。,洛侖茲變換：,在 S 系,在 系同時同地發(fā)生的兩事件,結(jié)論:2) 在一慣性系同一地點， 同一時刻發(fā)生的兩個事件，在其他慣性系中觀察絕對也是同時的 。,1）、同時性的相對性是光速不變原理的直接結(jié)果。,2）、當速度遠遠小于 c 時，兩個慣性系結(jié)果相同。,兩個事件的時序是否可能顛倒？,x1,t1,x2, t2,1）當,K系看小 甲、小乙 同時出生,例1：在地球上甲地（x1）,t1時刻有一小孩出生（王小甲）;在地球乙地（x2）,t2時刻有另一小孩出生（李小乙），且t2-t1=0.006s,(小甲先生,小乙后生)甲、乙兩地相距x2-x1=3000km。那么在一個飛船

3、上的人看來誰先出生？,x1，t1,x2，t2,2）當,K系看小 甲后生、 小乙先生 時序顛倒,由因果律聯(lián)系的兩事件的時序是否會顛倒？,S系：,子彈速度,S系：,在S系中：仍然是開槍在前，鳥死在后。,結(jié)論：有因果關系的兩事件對任何慣性系時序不變。,則,1）因果：,則,2）非因果：,（可能很大，不是速度?。?討論：,二、時間膨脹,(靜止于 系一只鐘測出的時間間隔),( S 系中的兩個地點的兩只鐘測出的時間間隔 ),花開事件：,花謝事件：,處發(fā)生兩個事件：,系：,（壽命）,用洛侖茲逆變換討論,固有時間:,在某一參考系中，同一地點先后發(fā)生的兩個事件之間的時間間隔（一事件的持續(xù)時間）。,固有時間最短,結(jié)

4、論,時間延緩效應的實驗驗證,時間延緩 ：運動的鐘走得慢 。,實驗的定量分析：,系同一地點 B 發(fā)生兩事件,時間間隔,在 S 系中觀測兩事件,時間膨脹,1）時間延緩是一種相對效應，同樣地，S 系中的觀察者也會發(fā)現(xiàn)靜止于S系而相對于他運動的任一只鐘比自己參照系中的一系列同步的鐘走得慢。,討論：,3） 時， 。,2）時間的流逝不是絕對的，運動將改變時間的進程。 （例如新陳代謝、放射性的衰變、壽命等 。 ）,解：若用平均壽命t=2.5 10-8s和v相乘，得7.4m，與實驗結(jié)果不符。,例1、帶正電的介子是一種不穩(wěn)定的粒子，當它靜止時，平均壽命為2.510-8s，之后即衰變成一個介子和一個中微子，會產(chǎn)生

5、一束介子，在實驗室測得它的速率為v=0.99c，并測得它在衰變前通過的平均距離為52m，這些測量結(jié)果是否一致？,考慮相對論的時間膨脹效應， t是靜止介子的平均壽命，是固有時間，當介子運動時，在實驗室測得的平均壽命：,表明:對飛船這樣大的速率，其時間膨脹效應在實際上也很難測出。,飛船上的這段時間用地面上的鐘測量，得到,實驗室測得它通過的平均距離： vt=53m,例2、一飛船以v=9103m/s的速率相對于地面勻速飛行。飛船上的鐘走了5s，地面上的鐘經(jīng)過了多長時間？,與實驗結(jié)果符合,1966-1967年歐洲原子核研究中心（CERN）對 粒子進行了研究,三、長度縮短,強調(diào)：在相對被測長度運動的參考系

6、中，長度兩端的坐標必須同時測量！,固有長度：觀察者相對棒靜止時測得的長度,問題：運動物體的長度測量,事件1：測棒的左端 事件2：測棒的右端,由洛侖茲變換,固有長度最長,物體的長度沿運動方向收縮,洛侖茲收縮：在相對于物體有相對速度的參照系中測得的沿速度方向的物體長度l ，總比在與物體相對靜止的參照系中測得的物體長度l0（固有長度）短。,在S系中的觀察者,在S系中的觀察者,1）長度縮短純粹是一種相對論效應，與物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)無關。,討論,2）在垂直于相對速度方向的長度不變。若在靜止參照系S中測得物體的體積為V，在相對于S系作勻速度v運動的參照系S 觀測到物體的體積,且形狀改變,3)當速度遠遠小于 c

7、時，兩個慣性系結(jié)果相同。,2、相對于觀測者運動的慣性系沿運動方向的長度對觀測者來說收縮了。 沒有“絕對”的空間；,3、相對于觀測者運動的慣性系的時鐘系統(tǒng)對觀測者來說變慢了，沒有“絕對”的時間。,1、不同的慣性系沒有共同的同時性；,光速不變原理是狹義相對論時空觀的前提。 狹義相對論時空觀反映在洛侖茲變換之中。,例3 一宇宙飛船以速度0.8c相對于地球勻速前進，在相對速度方向上宇航員測得飛船的長度為20m，而地球上的觀察者觀察到的長度是多少米？該飛船通過觀察者面前需經(jīng)過多少時間？,解：宇航員測得飛船的長度為固有長度，,則地球上的觀察者觀察到的長度：,若：地球上測得到的一個20m長的一個地上物體，在宇宙飛船上看來是多少米？,飛船通過觀察者面前需經(jīng)過時間,例4：一根直桿在S系中，其靜止長度為l，與x軸的夾角