第2次 同时、尺缩11.ppt

1、前节内容回顾,伽利略变换,洛伦兹变换,184 狭义相对论的时空观,事件A发生的时间：位于事件处，对观察者静止的钟在事件发生的同时给出的时间。,不同地点的两个事件的同时发生：在两事件发生地点放置的钟（事先校准同步）记录的数值相同。,一、同时的相对性,(1) 实验研究同时的相对性：,以爱因斯坦火车为例说明,事件 1 ：车厢后壁接收器接收到光信号。 事件 2 ：车厢前壁接收器接收到光信号。,发一光信号,另一惯性系观测结果？,“同时”是相对的,而不是绝对的，它与惯性系有关。,(2)由洛仑兹变换研究同时性的相对性,则,结论 ：1) 沿两个惯性系相对运动方向，不同地点发生的两个事件，在其中一个惯性系中是同

2、时的， 在另一惯性系中观察则不同时。,洛仑兹变换：,在 S 系,在 系同时同地发生的两事件,结论:2) 在一惯性系同一地点， 同一时刻发生的两个事件，在其他惯性系中观察绝对也是同时的 。,1）、同时性的相对性是光速不变原理的直接结果。,2）、当速度远远小于 c 时，两个惯性系结果相同。,两个事件的时序是否可能颠倒？,x1,t1,x2, t2,1）当,K系看小 甲、小乙 同时出生,例1：在地球上甲地（x1）,t1时刻有一小孩出生（王小甲）;在地球乙地（x2）,t2时刻有另一小孩出生（李小乙），且t2-t1=0.006s,(小甲先生,小乙后生)甲、乙两地相距x2-x1=3000km。那么在一个飞船

3、上的人看来谁先出生？,x1，t1,x2，t2,2）当,K系看小 甲后生、 小乙先生 时序颠倒,由因果律联系的两事件的时序是否会颠倒？,S系：,子弹速度,S系：,在S系中：仍然是开枪在前，鸟死在后。,结论：有因果关系的两事件对任何惯性系时序不变。,则,1）因果：,则,2）非因果：,（可能很大，不是速度！）,讨论：,二、时间膨胀,(静止于 系一只钟测出的时间间隔),( S 系中的两个地点的两只钟测出的时间间隔 ),花开事件：,花谢事件：,处发生两个事件：,系：,（寿命）,用洛仑兹逆变换讨论,固有时间:,在某一参考系中，同一地点先后发生的两个事件之间的时间间隔（一事件的持续时间）。,固有时间最短,结

4、论,时间延缓效应的实验验证,时间延缓 ：运动的钟走得慢 。,实验的定量分析：,系同一地点 B 发生两事件,时间间隔,在 S 系中观测两事件,时间膨胀,1）时间延缓是一种相对效应，同样地，S 系中的观察者也会发现静止于S系而相对于他运动的任一只钟比自己参照系中的一系列同步的钟走得慢。,讨论：,3） 时， 。,2）时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的进程。 （例如新陈代谢、放射性的衰变、寿命等 。 ）,解：若用平均寿命t=2.5 10-8s和v相乘，得7.4m，与实验结果不符。,例1、带正电的介子是一种不稳定的粒子，当它静止时，平均寿命为2.510-8s，之后即衰变成一个介子和一个中微子，会产生

5、一束介子，在实验室测得它的速率为v=0.99c，并测得它在衰变前通过的平均距离为52m，这些测量结果是否一致？,考虑相对论的时间膨胀效应， t是静止介子的平均寿命，是固有时间，当介子运动时，在实验室测得的平均寿命：,表明:对飞船这样大的速率，其时间膨胀效应在实际上也很难测出。,飞船上的这段时间用地面上的钟测量，得到,实验室测得它通过的平均距离： vt=53m,例2、一飞船以v=9103m/s的速率相对于地面匀速飞行。飞船上的钟走了5s，地面上的钟经过了多长时间？,与实验结果符合,1966-1967年欧洲原子核研究中心（CERN）对 粒子进行了研究,三、长度缩短,强调：在相对被测长度运动的参考系

6、中，长度两端的坐标必须同时测量！,固有长度：观察者相对棒静止时测得的长度,问题：运动物体的长度测量,事件1：测棒的左端 事件2：测棒的右端,由洛仑兹变换,固有长度最长,物体的长度沿运动方向收缩,洛仑兹收缩：在相对于物体有相对速度的参照系中测得的沿速度方向的物体长度l ，总比在与物体相对静止的参照系中测得的物体长度l0（固有长度）短。,在S系中的观察者,在S系中的观察者,1）长度缩短纯粹是一种相对论效应，与物体内部结构无关。,讨论,2）在垂直于相对速度方向的长度不变。若在静止参照系S中测得物体的体积为V，在相对于S系作匀速度v运动的参照系S 观测到物体的体积,且形状改变,3)当速度远远小于 c

7、时，两个惯性系结果相同。,2、相对于观测者运动的惯性系沿运动方向的长度对观测者来说收缩了。 没有“绝对”的空间；,3、相对于观测者运动的惯性系的时钟系统对观测者来说变慢了，没有“绝对”的时间。,1、不同的惯性系没有共同的同时性；,光速不变原理是狭义相对论时空观的前提。 狭义相对论时空观反映在洛仑兹变换之中。,例3 一宇宙飞船以速度0.8c相对于地球匀速前进，在相对速度方向上宇航员测得飞船的长度为20m，而地球上的观察者观察到的长度是多少米？该飞船通过观察者面前需经过多少时间？,解：宇航员测得飞船的长度为固有长度，,则地球上的观察者观察到的长度：,若：地球上测得到的一个20m长的一个地上物体，在宇宙飞船上看来是多少米？,飞船通过观察者面前需经过时间,例4：一根直杆在S系中，其静止长度为l，与x轴的夹角