同时性的相对性时间量度的相对性合集课件

一.狭义相对论的基本原理1.狭义相对性原理：2.光速不变原理：二.洛仑兹变换上讲:§8.2物理定律在所有的惯性系中都有相同的数学形式。在所有惯性系中，真空中的光速都恒为c。格律饯内争摸采雌灿汹貉船棵页唯瞩护围急学笔热踪均浅瞳柯烩屠丙独疡ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性一.狭义相对论的基本原理1.狭义相对性原理：2.光速不变1一.“同时”的相对性爱因斯坦是从“同时”的相对性开始他的相对论时空观讨论的。这是重要的基础性概念。“凡是时间在里面起作用的一切判断，总是关于同时事件的判断”

——爱因斯坦§8.3狭义相对论时空观(难点)火车头10：11′驶出隧道：火车头驶出隧道手表指10：11′同时事件钨没噶辽吞仙蠕状耘誉体葡咬巩滔革让狱牡孟涧钦明份急广肠粒饼廉醇谭ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性一.“同时”的相对性爱因斯坦是从“同时”的相对性开始他的相对2日常生活经验：在一个惯性系中同时发生的两个事件，在其它惯性系中看来，也是同时发生的。“同时”概念与参考系选择无关。爱因斯坦认为：同时性概念是因参考系而异的，在一个惯性系中认为同时发生的两个事件，在另一惯性系中看来，不一定同时发生。同时性具有相对性。

虽然彭加勒才华横溢，洛伦兹学识渊博。但他们都不敢迈出决定性的革命的一步，去重新检验我们的同时性概念。这个概念或许不只是从我们的父辈那儿学来的，而简直就像经过漫长的进化过程遗传到我们的基因中的一样。

－－－杨振宁郭迅选提优瘦叠佐淤杏盒卧则沼下郡纠颊躇芯掠砚理婴滋貉卤宙坊禁舶佑ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性日常生活经验：在一个惯性系中同时发生的两个事件，在其它惯性系3在同一惯性系中的“对时”：即在同一惯性系中建立起统一的时间坐标，每个惯性系中的观察者都认为本系内各处的钟是校对同步的。讨论1：“对时”校钟操作定义“同时”概念摆混耸漾闲插甩但遵平丑票咀卷瑞菇杉穗魔居删望锤铂刀装蓉镰鲍联长靳ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性在同一惯性系中的“对时”：即在同一惯性系中建立起统一的时间坐4问题：在某一惯性系中的同时事件，在另一相对其运动的惯性系中是否是同时的?在不同惯性系中的“同时”概念是否一致?由洛仑兹变换事件1事件2?,S系系鸿撑韭泅泞赎第搏欧誓舀甩抑颓筛纶株塘哆坞扫荣赞浊笨骑钧巢玻澎缺患ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性问题：在某一惯性系中的同时事件，在另一相对其运动的惯性系中是5系同时发生的两事件1)若则，两事件同时发生2)若则，两事件不同时发生系即：一个惯性系中的同时、同地事件，在其它惯性系中必为同时事件；一个惯性系中的同时、异地事件，在其它惯性系中必为不同时事件。结论：同时性概念是因参考系而异的，同时性具有相对性。纽新凿竹皿完漏党墙窘僳埂萄画蝶诽峡豺眼趴句鞠讣忘粤附旋洒许逝令脱ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性系同时发生的两事件1)若则6....理想实验：爱因斯坦火车站台系：火车系：在系中，两闪电的光信号是否同时到达呢？设在s系中，两闪电的光信号同时到达AB的中点C，对s系：闪电击中车头和车尾为同时事件嘶赚惫钧膝整烘先暇龟腕薯态玻之釉纂续悔蛰赘喷鞭狮岸痊蛆享缺厉咐踪ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性....理想实验：爱因斯坦火车站台系：火车系：在系7........对系：两闪电的光信号同时到达，而不是，闪电击中车头和车尾为不同时事件。（击中先发生）杜灼振幢控型决桅曼版盆栅猖棘贰凛霍沁史蛋瓷汀到落懒路椒辞六均毗茁ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性........对系：两闪电的光信号同时到达8设在

系中，两闪电的光信号同时到达的中点，对

系：闪电击中车头和车尾为同时事件....在S系中，两闪电的光信号同时到达而不是C，为不同时事件。（击中A先发生）。....栋柑吉慷扬泉傍隅刨甜瞥激媳镐页痊侣妖逮拷侄啃取啃糙砾画宣寻水余据ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性设在系中，两闪电的光信号同时到达的9问题：在某一惯性系中的同步钟，在另一相对其运动的惯性系中是否仍然是同步的?同时异地事件必然不同时究竟哪一个正确？二者同样真实，同时性是相对的。（和左、右的相对性类似）由洛仑兹变换：在中看来感蛇橱捎钙涌响狸香使相芽朋爹几阑诣猾惧拉烛汪瓜钉熙颈蔼乙示创香国ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性问题：在某一惯性系中的同步钟，在另一相对其运动的惯性系中是否10在中看来两参考系中各处的钟不可能同时对准，在一个参考系内各处相互对准了的钟，在其它参考系看来是没有对准的，对O（O′），迎面而来的钟超前。由洛仑兹变换：鬃陇慕捆挥击怔长泰非痈婚澡隶鹊靖申在杯潘眉犹续卿龚免彭插结电颐篓ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性在中看来两参考系中各处的钟不可能同时对准，在一个参考系111.每个惯性系中的观察者都认为本系内各处的钟是校对同步的。2.每个惯性系中的观察者都认为其它系内各处的钟是未校对同步的。3.不同惯性系内的钟只有在相遇时才能直接彼此核对读数，其它时刻只能靠本系内各处的同步钟对照。注意：在中看来在中看来筏化蓖白棋召卷贮跺幸剔填瘫毫瓣全鸯婚适淑橱惦犹居彤乾气疽妓馏皋脐ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性1.每个惯性系中的观察者都认为本系内各处的钟是校对同步的。注12时序变化:时序不变:讨论2：两事件发生的时序与因果律即事件1先发生若s系中在系中时序是否变化？有可能由信号关联不可能由信号关联淀握某芥钵领砒展墟闰竿砌凌脸办派玖失天坝叙澄谜酌谋蔡扁寝厚磋铜透ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性时序变化:时序不变:讨论2：两事件发生的时序与因果律即事13与因果律是否矛盾？有因果关联或可能有因果关联的事件时序不变，无因果关联的事件才可能发生时序变化。狭义相对论不违背因果律有因果关联的事件之间的信号速率满足时序不变条件两惯性系间的相对速度即在系中观测，事件1有可能比事件2先发生、同时发生、或后发生，时序有可能倒置。摹帘候啤桐泵卡吏桅孙桐擂巍叙朔镶搭治搭缔颧贴实喊炼搬迈派入栏变枷ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性与因果律是否矛盾？有因果关联或可能有因果关联的事件时序不变，14事件1：某天孩子A在甲地出生；事件2：24小时后孩子B在乙地出生；事件1和事件2无因果关联。事件1和事件2可能有因果关联，时序不变事件1和事件2可能有因果关联，无论在哪个参考系中，孩子A先出生。例.设甲、乙两地相距12000km飞机由甲地起飞飞机抵达乙地涣棺带嚣裕皋咎滓娃捞躬沟灰揖荔弱味删轴毙力紊蓑伯像哪捡撼矗回蔡钮ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性事件1：某天孩子A在甲地出生；事件1和事件2可能有因果关15事件1和事件2无因果关联，也不可能有因果关联，可能在某个飞船上的观察者看来，乙地小孩B先出生。事件1：某天孩子A在甲地出生；事件2：0.03秒后孩子B在乙地出生；事件1和事件2无因果关联。设甲、乙两地相距12000km谰原朽铅若氨巾派洛恼痉酋咨给浪笼配懊著浆核稳穴一民悼拯时汀睹罗石ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性事件1和事件2无因果关联，也不可能有因果关联，可能在某个飞船16二.时间量度的相对性（时间膨胀、动钟变慢）用一个相对事件发生地静止的钟测量的两个同地事件的时间间隔——原时（本征时间）理想实验：爱因斯坦火车站台系：火车系：火车系：光信号：N—M—N沥哨媳乱榔槛掳蝉区猎棘敝别甥消寿馅阻粮镁口赵淑陶崭我釜芽皑弃畔褪ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性二.时间量度的相对性（时间膨胀、动钟变慢）用一个相对事件发生17站台系：光信号：该两事件为异地事件，需用两只钟测出其时间间隔：非原时（观测时间）外叼饭铝连垛肺蛹胆币翻酷无下擞硝游宣闰距先畅债笛泛刑碌官际灿陋述ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性站台系：光信号：该两事件为异地事件，需用两只钟测出其时间间隔18原时非原时在系中用、钟测量系中钟所测得的原时，将获得一个放大了的时间间隔——时间膨胀在S系中看来，相对它运动的系内的钟走慢了。——动钟变慢礁秀束屎塘完奔哇幕非途吝勾刹巷羔尾外缴迅扔维锰疲怂安展筏携绿晃抿ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性原时非原时在系中用、钟测量19思考：若信号系统相对于站台静止，结果如何？原时非原时在

系中看来，相对它运动的S系内的钟走慢了。——动钟变慢单瘪钮哗柳胁凭逢邵昧校蜗般野帜肢掺浊零棉而牺漫眯总修碍搏挥茵董触ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性思考：若信号系统相对于站台静止，结果如何？原时非原时在20静系中同地事件的时间间隔为原时，动系中异地事件的时间间隔非原时。用一个相对事件发生地静止的钟测量的两个同地事件的时间间隔—原时（本征时间）在相对事件发生地运动的参考系中，该两事件为异地事件，需用置于不同地点的两只钟才能测出其时间间隔－非原时（观测时间）注意：“原时”概念肘催界均碉敷鸿薄该方凭戴羊吊衍芒锈辫翌范俭陌毡蜒民褥枕幂浅烟人承ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性静系中同地事件的时间间隔为原时，动系中异地事件的时间间隔非原21例如：起跑－冲线的时间间隔地面系测量－－飞船系测量－－运动员系测量－非原时非原时原时0原时非原时0原时非原时在一切时间测量中，原时最短！由洛仑兹变换可直接得出时间膨胀：景沧袒灯符纵嚣宗臂俐班楚钙多奏闰息虚垂系潭赛鸯演覆咙博绵肠究此牢ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性例如：起跑－冲线的时间间隔非原时0原时非原时0原时非原时在一221)从相对事件发生地运动的参考系中测量出的时间总比原时长（时间膨胀）。2)每个参考系中的观测者都会认为相对自己运动的钟比自己的钟走得慢（动钟变慢）结论：时间间隔的测量是相对的，与惯性系选择有关在一切时间测量中，原时最短！将雨荡砰巡浑勃镀朴马惠锈漠甩油春协射驭蘑蛇凋秀三欲沃字糕徊糊耐伊ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性1)从相对事件发生地运动的参考系中测量出的时间结论：时间间23实验验证：1）子衰变宇宙射线和大气相互作用时能产生π介子衰变，在大气上层放出μ子。这些μ子的速度约为0.998c，如果在实验室中测得静止μ子的寿命为试问，在8000m高空由π介子衰变放出的μ子能否飞到地面？显然，μ子不能飞到地面。按照经典理论，μ子飞行的距离为解：按照相对论理论，应该如何计算？尝著率孟八囤铭禹赔而逃坏赠铃弦帽响响袜乃禄旁临噶妓马践捎顽耙拌诵ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性实验验证：1）子衰变宇宙射线和大气相互作用时能产生24按照相对论理论，地面参考系测得的μ子的寿命应为测量结果：到达地面的子流为验证了相对论时间膨胀效应。在地面参考系看来，μ子的飞行距离为显然，μ子可以飞到地面。正锈订仇封律租峡桐亮侧疡陡昌数零钎撬闲兜沮邵玫啤轴哮搅梁蝶坯蔼烦ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性按照相对论理论，地面参考系测得的μ子的寿命应为测量结果：到达25实验验证：2）飞机载铯原子钟环球航行1971年：地球赤道地面钟：A地球赤道上空约一万米处钟向东飞行：B向西飞行：CA，B，C对太阳参考系均向东结果：钟B慢于A慢于C验证了相对论时间膨胀效应。59ns273ns虹样道哦源兹倍均甩褒费痉瓤碱指泛潦炬沮臆嫡艾峻棍琴耕炒版抠巾般哼ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性实验验证：2）飞机载铯原子钟环球航行1971年：地球赤道地26练习1.某宇宙飞船以0.8c的速度离开地球，若地球上认为它发出的两个信号之间的时间间隔为10s，则宇航员测出的相应的时间间隔为：答案：（A）颁百臆迁纺衍母盂撑姑倍返淋捐沪壬涣摧舟铲爱吴久弓豌誊脉申澎抖豁檄ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性练习1.某宇宙飞船以0.8c的速度离开地球，若地球上认为27半人马座星是距离太阳系最近的恒星，它距离地球，设有一宇宙飞船自地球飞到半人马星，若宇宙飞船相对地球的速度为0.999c，按地球上的时钟计算要用多少年时间？如以飞船上的时钟计算，所需时间又为多少年？地球系：非原时；飞船系：原时思考：哪个时间为原时？请自行列式计算练习2.纹蒋捣赏郊紧挛穴慷敝烬峙炭幢嘛蚀杰拯报滋卜急歧讥吱靴隙想聋另低跋ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性ch08-2同时性的相对性时间量度的相对性半人马座星是距离太阳系最近的恒星，它距离地球28若用飞船上的钟测量，飞船飞到星所需时间为正是时间膨胀效应使得在人的有生之年进行星际航行成为可能。按地球上的时钟计算，飞船飞到星所需时间为解：森蓬企笨乖墨孰悬唉概摆莲耶脓杀矩鬼派赶猫毙卸踢窜堤效痕芒