狭义相对论时空观

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1、第九讲狭义相对论时空观一、异地同时的相对性三、时间的膨胀二、长度收缩四、相对性与绝对性本讲主要内容五、闵可夫斯基空间六、时空间隔的不变性一、同时性的相对性爱因斯坦火车地面参考系以爱因斯坦火车为例...在火车上,车头B',车尾A'向两侧发一光信号中点M'放置光信号发生器分别放置信号接收器事件1：A'接收到闪光事件2：B'接收到闪光研究的问题:在不同参考系S,S'中两事件发生的时间间隔.M'处闪光,光速为c所以事件1、事件2对于S'是同时发生的。S'光速也为c,A'迎着光,应比B'早接收到光。S所以事

2、件1、事件2对于S是不同时发生的!由洛仑兹变换推导同时性的相对性事件2若两事件同时发生两事件是否同时发生？S:事件1事件2S':事件1由洛仑兹变换结论:S'异地同时事件,对S一定是非同时事件!讨论:1.异地同时的相对性是光速不变原理的直接结果.2.相对效应.(S'系与S系等价):S异地同时事件,对S′也一定是非同时事件!3.当速度远远小于c时，两个惯性系结果相同。(必然结果)是相对论时空观的精髓!思考:S'系的同时事件,对S系一定是非同时事件吗?同地同时事件对任何惯性参考系都是同时事件!!!当时空

3、是相互联系的！对运动长度的测量。怎么测？两端的坐标必须同时测。原长——棒静止时测得的它的长度,也称静长、固有长度。棒静止在S'系中：l0—静止长度.(x'=l0)棒以接近光速的速度相对S系运动：S系测得棒的长度值是什么呢？V指进行测量的参考系中同时，即t=0二、长度测量的相对性原长最长长度收缩事件2：测棒的右端事件1：测棒的左端物体沿运动方向的长度比其固有长度短.—洛伦兹收缩1)相对效应。讨论:2)纵向零收缩效应.（列车钻山洞）3)在低速下伽利略变换.v地面参考系上对事实的描述可以是相对，但

4、事实的结果是绝对的。列车能否躲过雷击？v列车参考系结论:1.不同参考系,对运动过程的(时空)描述不同,是相对的.对列车:雷击不同时！出口雷击在先,此时车头仍在隧道内;而入口雷击较迟,此时车尾又已进洞内.所以也能躲过雷击!例：穿越隧道的列车能躲过雷击吗?列车静止长度=隧道静止长度解：车头将出洞时在隧道入口和出口同时出现雷击地面人认为:车长缩短,不会被雷击列车人认为:隧道缩短,会被雷击???2.事实的结论是一致的.是绝对的!对地:雷击是同时异地事件,列车长度<隧道静止长度能躲过雷击!dy′M′A′C′

5、x′三、时间的膨胀S'系中,A'处有闪光光源及时钟C',M'为反射镜。第一事件：闪光从A′发出S'系中：S系中：(地面)——时间膨胀!第二事件：经发射返回A′sS'VVtdlC′研究的问题是：原时（固有时间）在某系中，同一地点先后发生的两个事件的时间间隔，与在另一系中观察（为发生在两个地点的两个事件）的时间间隔的关系。原时最短(时间膨胀)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叫原时(同一只钟测量)。现测量S系中的两个地点的两只钟测出的时间间隔由洛仑兹逆变换——原时最短!事件2两

6、事件同地发生两事件的时间间隔S:事件1事件2S'：事件1由洛仑兹变换推导时间膨胀1.运动时钟变慢效应是时间本身的客观特征(运动参考系中的时间节奏变慢了).2.对同样的两个事件，原时只有一个。亦称固有时间。4.双生子效应。讨论:3.当v<

7、谁对呢？假定地球近似看作惯性系，飞船往返加速时间略去不计。4.双生子效应。请思考！例:一飞船以V=9×103m/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少时间？解：飞船的时间膨胀效应实际上很难测出.例: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2.5×10-8s,之后即衰变成一个介子和一个中微子，会产生一束介子，在实验室测得它的速率为u=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？解：若用平均寿命t′=2.5×10-8s和

8、u相乘，得7.4m,与实验结果不符。考虑相对论的时间膨胀效应，t′是静止介子的平均寿命,是原时.实验室测得它通过的平均距离应该是：uΔt=53m,与实验结果符合得很好。当介子运动时,在实验室测得的平均寿命应是：考虑相对论的时间膨胀效应，t′是静止介子的平均寿命,是原时.原时一定是在某坐标系中同一地点发生的两个事件的时间间隔；小结注意原长一定是物体相对某参照系静止时两端的空间间隔。特别提示在狭义相对论中讨论运动学问题的思路如下：1.确定两个做相对运动的惯性参照系；2.确定所