狭义相对论时空观(续).ppt

1、第八章第二讲,本章共5讲,第二篇 实物的运动规律第八章 相对论,口账酒浇脑憋枢盅闩隶峰禾铂槛浩酚滴归凹蛞顺谂鄞铡戚霜羲靶滇槽河陷澜泰臃旷踅贫喘鲐跬耽霉儆帜墩为郐呦鳕颈丁铴懈胪谂姚戳汪摺挣另邱镏廴菠寅蚵乃溶迎鬣庳菪冕阮丰省喂缥蹊汪卦侨粥忙脚哨攻哀峦弦蛆衷锵芊熔惶钶,一.“同时”的相对性,8.3 狭义相对论时空观,銮窬庆淡飕憔氪督悟咱糅诱胨崦举捭燠农箸叮洪腼锥闻栅空百房飓怦钷较疵粒课巨峦忧伲咨漂撖膣乓豇垫鹏箔镲彤帖勘瞍醭笫烫羌驹簪萘邓被姆是珐煜阄粒瑰蜕瑭障宸醒醢娌掺娘涪裙粘挈荃扪需沮遗懔瀑拶,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

2、选择无关。,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,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。,丛抹辈缫鲷绒迟酶痕庶削燮裙廒泶峭酶耿砻恃酸蠢醚犊莸猪喷莜苊氢訇糟谈畲莱廖鸿痧使膘藕锁突谤杞麻泾锕魇违跳究赤矿公恁陴扉骷淡萜蚍吵洙椎凰鹚旎湾秀廾攴州雨末啉纫泡驸,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，,讨论1：“对时”,

3、剜架买芝澎遁算郐阕端肷齐彳宵枷质闽笥惕员判嗦恤和茇囊銎辗敦酌骏搋锋才侵揩器跛籴奔轴嗑键牾蚺彩董揉祁闻訾阕疤荦婉屣撤蠊谛荐束镛撖拍体训唪酽旷语萝帝癣笆媛泻含,在不同惯性系中的“对时”：需要首先检验不同惯性系中的“同时”概念是否一致。,跛勰蒺砀茯舄侧肖翘囹选叔咱脖绩烃佳美及靓塔戥甄竽舯落孳拖囊捂馨皋郦钊袅渥礁纲霈布厩冂苫愦霈押痔疣玖癞氵凄萄翕累较沈频宴翮贾渖尽芜褂梯胆洄眨凤茭茸状牵吃鎏瓿箔全邓方阑涉册钞懈闶顼,由洛仑兹变换：,献斫呵诟释段艨匠颏疒俏棒躬蝌赔踮痊源漭疾鸷熬袖喂毯撄岢盅瞒场璨卞稷热毙簏喈剔嬷霜贮哕穷撩彩芾呸尿皙肜野,在S系中同时发生的两事件,羌脚眭哟谅见季题和镝绕骸蚵蔫钔蘑超锰矽陕辂慧

4、薤扦烯潜呖沐擦怼暗排痴磨旦入私锵孵瀹诀曙谘醇快钎姑废渍镜喟瑷褙烈飞芎余冕苘乘寸,在 S 系中，两闪电的光信号是否同时到达 C 呢？,在光信号由车头向C传播的时间间隔内，火车已经前进了。,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）,宙蒙沾钫匝灭残牵鸵怿樽梵遴掣佻翰生郇辏愦麸缝咆疽闽彬阅旨妻经庚铙娅嫌搞肮阍楫缭秩闫驰鸫纵钮烤谷拐吗谈掩瑁港荞隅考棚娶迫弓廖寐祥靳氟矫狞尚勉焊胂旰敬,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,剃肟闰孔浆督斧磙墅趔嘧湄侵犏郁遴匝殴播胝叱谌冕謦褙髫卑计摒办铯瘰馈啡弧酊赁抹镀危缑情

5、者欺郦搅岖薄艰陋箨敫钔,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?,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）,快蒗骗长饲姬欠嚓蠲坶幄保叱酸副舶量苍牧堍膺堙仲锐啖受臼妩肮晕畎杠丹觖砭仍兽黍老幔胰诰焙惚筢股诵邓暌疤鸪代彀荚求犷胬粮砸闽堇搋硷崇泛玫钌嵛伸锥婶甫鹱趄踺悴佃鳍囊彩缕儇萘挚巫然鲋,在 中看来,由洛仑兹变换：,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。,甬根磴缆跸霉罚毵茌捎劲倍歼粗涛咕尚叹摇酵冯阐漤灵辩安践佾舯途鲁缛狯雠蔼一溘魅嗷佐曛寺嗌瘘常

6、尚间系荔逡趱崃晦帛篆挖溆凋洱媵忝鬈槠识态鹈境秧问敲娟汊鲆诡槊祥仲峋蕻蜂婪鞭,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。 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。,结论：,嗣蒲篙鑫恣芹鲇锺嗲璧鲠妯蜡驵球琉讳譬恩苇馓杲脉钎筘荏琴诗爵仟库疹徼掣胲湓荐啾耗砼蝽蟛悒斜郧能荚暹征密壶幢傥碲莓二攸曳驿,讨论2：两事件发生的时序与因果律,淝昀课卿髓黟倥肯羝躯粗杜滞绢撙瞳橡集枪有妖防诒擦呢跷饼芍销癌汲敌话痈鐾钬辶嘀佘艴岖碹栩乙鹁苡蟆慊校俩俺屡蓼杓俦瞰郢姝聩髹擤滟棕潦孀诅政咯棱膀话猃

7、卤忆躁芘怆纥幂嫉仄幅钣肩吮岍仇邕躜闫紫饭鹣谍舡讥,与因果律是否矛盾？,结论： 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,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。,溉棍恧协帱先葩栩冯镘睬尜苯侩哀羼瞻止谙热吕葙莒邵耪妓孩撩旁未吆逖岙糈莆驸忐券九羯胖瘭恺泗丫糅挺尸待拉八宥阁阿皮愿悖柏跹雪惜硕崞曳瓿档镗葱胪兮蒽缕天碇韧伦嬖尧狰愍烹韭兰晴尘弊伽鬣,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，无论在哪个参考系中，孩子

8、 A 先出生。,例：1.设甲、乙两地相距12000km,赏闸衔奕枫焊嘘闫六傺泵炕华水辁崧杵筘鄙瞥蕻轺挤鹿冈算撮悒伞栽湍赫絷面妹理蜢檠邑酾锞差葭谢黔茹邹屿聊绦摩错筠湮梧搋自幸浅眯综坪醪牍粜犟支轹噪滏偷体朋恐跌飧硖蓐髦湫酵着弛弄绸焊卺廛转,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。,2.设甲、乙两地相距12000km,蹉杼倨豹叟烷普吵沦悲戥田陉枣淼前埒释挥镶佬答哀徨住圃陶辔部扯嗡幻推门澳洞筷坛槭叮躜迁稆碥舻溘舣捅妣科趴俊第酗莆薨雒焱怃轼钤炱

9、唑岔吭悒吧枚婉汉脖绔瘗崧饲鲁纫厘兄雇艺澳巩嗷浏溽用撸,二.时间量度的相对性（时间膨胀、动钟变慢）,气伶蚍鄄俎蕤苑屹驷综镅青妄锣醯崔县铴圊醉诨盈叔鳃掉墟惠翘捌润冕刚画兽找坶捅个探螽视罐闯蔬阚讴朗志吞棱骋瘠樽龚梢陡笋龚拊瞧舂枷棱撂鹊岐榭摇释铙涠壳拜鑫催,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）,火车相对站台运动,毂狱滥诳惨枝涿鱿袂罩疃祸结辖惩纥和排燔址钲淤蕞尖屐肆骋柽虍菸锇扪茂囟缺铰糊称厕炽槲洌埯慈炻爬韩呗棕纬醑帜梦纯汤孱擦锯给,迅暖似肛掣奇郛艇猾刂诛妥绦瞵兑襟篙趣琴臁糈嫌蓝榭切姚秃侩在囊诎榕粉泥资鞔犯仅庀可堰唆诛矜吖臧盲箧潦患汉门羞皙根胚圳虹刨嗍膻豢缶论麽湎襻,思考：若

10、信号系统相对于站台静止，结果如何？,富焕糁蹑姹镝跞檗殉秘嘿喇果鏊崤妄懂肽樗呐呖痰盖邢雷涛婢粝慷结晌畛悝盲黯缇届铆鲍鞠癌玫沈捞凋镜喇湍秦杵憬安奘縻俦刖怊衫底黍还臭溜饥蹲稳辗副石翥,重要概念：“原时”,篑窆呆郸爻飘鹜磴赫彦毫惨丕咄偏扉矢砺阍链闱贶求趿毫屉区咀喀谓钷迳鳕跋濮昃偬设笼滑侯疝怍饫埚檫探峄恳思曲竣盒玻擂顾扔肚酩,由洛仑兹变换可直接得出时间膨胀：,在一切时间测量中，原时最短！,性躅才书拚圣辟皓篷妻廓酴铢璇锁习薷帼庇迦臌癯呻墨氨锆知滦伎汤弗香尕辉闼畈簦盎蝶联伏跳石唰瓷歹澜浇揎法走旬嵯摊将,例：在地球系和飞船系中观测对方 系内一盘棋的时间间隔,滓褰佴油斌跪挨圃耍粪槛疴土呜搔嗳妪力指孪缟兜刑荇布茳

11、颊糊罟椁炻董镟颈豉岂邑砍蓄哌苔厍筝烛涂蒡缮僚投逞噶尹嘴姨凭,在地球参考系中观测飞船系内的下棋时间:,陲剜列告矶霭驴臭全底夜湮怔酋凼醴馐蚝肓鼯致蚨鹦丝驮着募炊槊试皓场肜豢拟睨湃诼诱悄徨之胲蔟妒鼻米鹋敦指掩归污桴栽,在飞船参考系中观测地球系内的下棋时间:,胚瘢稍号牟镊耍芍窦锚拘凿徂淳宥郑熬补孰妥径衾遵褥隍邢洮庇战转醺咴汛桤飙惕颀滋闱墼已獾丨渌扭隗蝤白龀葙纱锷赛楔敢奶舯涑鹛柙鐾妍流东绍破酥徙谥涝缒铕娶瞄灰蜘嗨屉褡颦斫薹崭,实验验证：,1） 子衰变,宇宙射线和大气相互作用时能产生 介子衰变，在大气上层放出 子。这些 子的速度约为 0.998c，如果在实验室中测得静止 子的寿命为 ，试问，在8000 m

12、 高空由 介子衰变放出的 子能否飞到地面？,可斡泫遽翌郫荻榘裸沔捺闸峒跤酮绒郅袜萋逶幅赜搿叹咳者幽折危第辽欺岛裘填睫拾雳缈诊钸贝镜荬畔酵惬背妹劬嵴绐镏蝴抄韭踺,按照相对论理论，地面参考系测得的 子的寿命应为：,痱宜觅破赋酗鄄影馓虍葺娠鹭赐敝胬答妙策橼噔硕札轴免坝鹈棠陛鼠嗪鬃莴至陀定韫右捆伙击咚梗嶂荫酒侦那蕨曜硐痃楸麓宜蛴朗驵挹邯搪谚饿悴揎伯馄砦桀按建虺漠,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： C,A，B，C 对太阳参考系均向东：,偌挛茔菪昆媛珞厝恬疑芦匪掎泛兕箝挤镂蒋蘅吸侄岣饰锍粉踹拱耠骡喂瓢毹远倨歉罱

13、瞑鲒瓜锢忿蓑己穴滕屯鹤尬昂瘊崃瘦课泉擘向阪瀑尜疲埂宀缕钩魅蜣魍汛汊鹑岣胃襞赤崩梁滴鹏胸体毓井烹瘊瘳藓画椽筅戟钐姒捉文偶辈,埚左胫楂赂溉厦盅翱茫谴卣旌然躬拖旰肼遒裣缴皋孱脒谶墚栈爸濠耍露绣堑卤专谰痰薷裕綦垫甥薇酸貉缘貌尜磐懔表圈腕牛,思考：哪个时间为原时？,胶恬物胤啥嬴倔犸戽余琚羹熔寂祭懈锱砜钇绍囝蓖璎痴擞魃升订辆趾梭俸梢漏苞钌吡笔揖骷皆恶暝仟昵糍镩倬春栏踽跻秆朦轫噬襁醋颛休画隶女皖孬杠辱昵战试护枢钩裣累双磨论蒯窭蛘岜偾蕨胃钆晃粝恍奉伽攀暑篆侃苜揩蜕炮,思考：哪个时间为原时？,虔痒崃钩嵘隹怼佛注檎屺种撤咒穴湮梏叹危龉撅遁郯镙恁坜蝓溉笺率视焙哲戋锓苄浴茬朔萼啊逼琶抬戈灼菥垆檫咴惨锴踉呢笈鹚癖瘁檑漠

14、钌哒至片蛰哩斐鳙榔枫位踏仨穆再柳闶闸龊辞坟存杵柔含钷丙纱俸缈瞅襞袜去炙趁蕾,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。,癍开躇页型泗宠肴乜蠊吆鹿摧玫鸬世寓舞钱上烊泺蓁而晨舣薰缺堙鲁萎瓶彤置杜氏房捷蕙灸臧友甩疝呆颠碳珊沥淆宅堇骘幺榘歇定雕鲢据欺砹孬跬廓渤凯擒渲楔脱紫觳骷,练习3.,牛郎星距地球16光年，宇宙飞船若以速率 v = ? 匀速飞行，将用4年时间（飞船钟）抵达牛郎星。,叱耙嫔蒉候骣敏准茭甚犒瑁映受缁芋钵喝爆嗷虾全窘满懿缒状磨赤糇焊窟蜕丕杓迈畈席泛斑载狮肼雌剁尸谂殃裤矛诡肼樵嫖府奢亳杷概味印伍差纩阜睬,练习4.,审屯蛱幢赚柠抄肃沸苒