《爱因斯坦眼中的世界》参考课件1

第2节爱因斯坦眼中的世界一、狭义相对论的两条基本原理1、狭义相对性原理在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的。2、光速不变原理真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。

就是在看来如此简单且最一般的两个假设的基础上爱因斯坦建立了一套完整的理论——狭义相对论对两个基本原理的正确理解①自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁学规律等其他所有的物理学规律；②强调真空中的光速不变指大小既不依赖于光源或观察者的运动，也不依赖于光的传播方向③几十年来科学家采用各种先进的物理技术测量光速，结果都不违背光速不变原理。

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“同时是相对的”这样一个结论．同时是相对的二、狭义相对论中的时间与空间1、“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c2、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2、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′OSXY●

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斐克小伙剑术精，出刺迅捷如流星，由于空间收缩性，长剑变成小铁钉.3、时间间隔的相对性在站台上看运动火车上的钟在火车上看运动站台上的钟

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．

由光速不变原理便得到不同的时间间隔对于车厢内的人：对于车厢外的人：h相对速度与动钟延缓效应

(τ=1s）相对速度与动钟延缓效应

(τ=1s）V（米/秒）0.1c=3×1070.5c

0.8c0.9c0.99c0.999c0.9998cT(秒)1.011.151.672.297.122.450三、相对论的速度叠加

由于时间和空间的相对性，对于物体的速度，在某一惯性系S’内观测，要用S’系的时间和空间坐标表示；在另一惯性系S内观测，要用S系的时间和空间坐标表示。这样，速度叠加公式就不再是绝对时空的速度叠加公式了。假如S’和S两系的坐标轴相平行，S’以速度ν沿x轴而运动，一质点以u’相对S’沿x’轴而运动，则相对S，其速度u为这是相对论的速度叠加公式。如果u’＜c，则u＜c；如果u’＝c(光速)，则u＝c．与相对论的时空概念相协调。v车外的人看到车上人相对地面的速度为：例1地球上一观察者，看见一飞船A以速度2.5×l03m／s从他身边飞过，另一飞船B以速度2.0×l08m／s跟随A飞行。求：（1）A上的乘客看到B的相对速度；（2）B上的乘客看到A的相对速度。中国航天A中国航天B1u=xvvc2uxux´=1.125×108m/s

2.5×108=2.0×1089.0×1016×2.5×1082.0×1081=ux2.0×108m/s

=v2.5×108m/s

解：(1)设地球为K系，飞船A为K′系。由已知条件可知K′系相对K系是速度为飞船B在K系中的速度为飞船B在K′系中的速度为中国航天A中国航天BK′Kuvx

(2)设地球为K系，飞船B为K′系。由已知条件可知K′系相对K系是速度为=ux2.5×108m/s

=v2.0×108m/s

飞船A在K系中的速度为1u=xvvc2uxux´=1.125×108m/s

2.0×108=2.5×1089.0×1016×2.0×1082.5×1081飞船A在K′系中的速度为中国航天A中国航天BKuxK′vux´练习1一原子核以0.5c的速度离开一观察者而运动。原子核在它运动方向上向前发射一电子，该电子相对于核有0.8c的速度；此原子核又向后发射了一光子指向观察者。对静止观察者来讲，（1）电子具有多大的速度；（2）光子具有多大的速度。解：设观测者为K系，原子核为K′系。电子在K′系中的速度为：K′系相对K系是速度为：0.8c=ux´=v0.5c+×=+0.8c0.5c0.81=0.50.93c++1u=xvvc2uxux´´电子在K

系中的速度为：根据光速不变原理，光子的速度为c。时空相对性的实验验证

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．

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μ子的数量，结果与相对论预言完全一致．

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