时间和空间的相对性.ppt

6.2 时间和空间的 相对性 在经典物理家的头脑中，如果两个事件在一个参在经典物理家的头脑中，如果两个事件在一个参 考系中看来是同时的，在另一个参考系中看来也一考系中看来是同时的，在另一个参考系中看来也一 定是同时的，但是如果接受爱因斯坦的两个假设，定是同时的，但是如果接受爱因斯坦的两个假设， 我们会得出我们会得出“同时是相对的同时是相对的”这样一个结论这样一个结论 一、“同时”的相对性 车厢上的人和地面上的人看到车厢中间灯光到 达前后车厢的先后是不一样的 车上的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁 站台上的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁 结论： 1、对于运动的火车上同时发生的两个 事件，对于地面就不是同时的 关键：在各个参考系中光速都为c 2、地面上同时发生的两个事件，对于 运动的火车也不是同时的 关键：相对运动 二、长度的相对性 v 车上的人看到的车厢的长度： 车外的人看到的车厢的长度： 注意： 长度缩短效应只发生在相对运动的方向上 如上例中的 X 轴方向上，在Y 轴方向上 无长度缩短效应 动尺变短（空间收缩效应） S O X Y O S X Y 结论 一条沿自身长度方向运动的杆， 其长度总比杆静止时的长度小 在垂直于运动方向上，杆的长度没 有发生变化 高速运行的列车上，由车厢底部发出的闪光，对 于车上的人来说，闪光是在竖直方向反射的，而车 厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的 由光速不变原理便由光速不变原理便 得到不同的时间间隔得到不同的时间间隔 三、时间间隔的相对性 对于车厢内的人 ： 对于车厢外的人 ： h 相对速度与动钟延缓效应 ( =1s） V（米/秒） 0.1c=3107 0.5c 0.8c 0.9c 0.99c 0.999c 0.9998c T(秒) 1.01 1.15 1.67 2.29 7.1 22.4 50 四、相对论的速度叠加 地面上的人看到车上 人相对地面的速度为 ： 车对地的速度为v，人对车的速度为u/ v 如果车上人运动方向与火车运动方向相 反，则u取负值 五、时空相对性的验证 早在1941年，科学家通过对宇宙线的观测 证实了相对论的结论，美国科学家罗西和霍 尔在不同高度统计了宇宙线中子的数量， 结果与相对论预言完全一致 时空相对性的宏观验证 根据相对论，时间 在运动中会进行的比 较缓慢，也就是说， 在空间中高速移动的 时钟，比固定于地面 上的时钟走得慢 1971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环 球飞行，然后与地面的基准钟对照实验结果与理论预 言符合的很好这是相对论的第一次宏观验证 当两个参考系的 相对速度可与光速相 比时，时间与空间的 相对性才比较明显 狭义相对论的结论已经完全得到证实，实际 上它已经成为微观粒子研究的基础之一 牛顿物理学的绝对时空观：物理学的 空间与时间是绝对分离没有联系的，脱 离物质而单独存在，与物质的运动无关 。 而相对论认为：有物质才有时间和空 间，空间和时间与物体的运动状态有关 。 人类对于空间、时间更进一步的认识 而形成的新的时空观，是建立在新的实 验事实和相关结论与传统观念