高二物理竞赛课件：孪生子效应

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1、孪生子效应孪生子效应（twineffect）一对孪生子Jim和Tim20岁生日那天，Tim坐上u=0.9998c的飞船相对于地球作匀速率运动，在飞船上过了一年再回到地球。一去一回，弟兄见面的情景？Tim测的是原时：结果：在地球上经过50年。21岁的风度翩翩的少年Tim归来时，迎接他的是白发苍苍70岁的老翁Jim。Jim在地球测得的相应的时间：真乃是“天上方七日，地上已千年”3不同时刻,不同地点发生两件事的x和t事件1事件2uxx′yy′oo′4同时的相对性在S系同时刻,同地点发生的两件事:S’系也是同时,同地S系同时,不同地两件事:S’

2、系不同时,不同地S系不同时,同地两件事S’系不同时,不同地讨论：若？时序发生了颠倒5例.S系中两个事件同时发生,x=1m,在S系中观察到这两事件的距离为2m,求在S系中这两事件发生的时间间隔.解：洛伦兹变换：t20所以有因果联系的两事件的时序不会颠倒。t2t1>所以´

3、´子弹速度信号传递速度因为<在S'系（车箱）中A'点有一闪光光源及时钟C'，M'为反射镜A'发出一闪光射向镜面并反射回A'所用时间为多少？►在S'系中此时间由C'给出，为►若在S系（地面）中观测，这个时间又是多少呢？注意：事件1与事件在S'系中是在同地发生。在S系中是不同地发生的!事件1：A'发光；事件2：光反射回A'任务：在两个惯性系中比较：两个事的件时间间隔事件1事件2在S系中：原时(固有)时:在相对事件静止的参考系中,测得同地发生的两事件的时间间隔.在相对运动的参考系看两事的时间间隔时间膨胀:事件1事件2原时最短运动的时钟变慢时间膨胀

4、S中观察者发现：S′中的钟与S中的钟相比走慢了时间膨胀效应早已被实验所证实例带正电的介子是一种不稳定的粒子，它可以衰变为一个介子和一个中微子。当它静止时，平均寿命为2.5×10-8s。今产生一束介子，在实验室测得它的速率为u=0.99c，它在衰变前通过的平均距离为52m。问相对论时间膨胀效应与这些测量结果是否符合？静止时（S'系）的平均寿命是固有时解：把介子定为S'系，实验室定为S系在实验室测得它衰变前通过的平均距离：运动（S）系中测得的寿命：理论和实验相符！5）时，3）时间膨胀是一种相对效应2）时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的进

5、程。（例如新陈代谢、放射性的衰变、寿命等）——牛顿绝对时空的概念讨论1）运动时钟变慢效应是时间本身的客观特征,适宜一切类型的钟物理过程化学过程生命过程试试看：若人相对地面运动，生命过程将进行得缓慢一些，不易衰老，对身体会有好处S中观察者发现：S′中的钟与S中的钟相比走慢了S′SS′4）对同一过程，原时只有一个哪个钟的指示是原时?相对过程静止的钟按照运动的相对性的，可以看成地球运动，飞船不动，可得，地球上一年，在飞船上是50年。这是一个佯谬，其实不是相对论有什么毛病，而是不适当地应用了狭义相对论——飞船返回，有加速度，不是惯性系!加速系中发生时钟

6、延缓效应是绝对的！假如飞船返回地球兄弟相见，到底谁年轻就成了难以回答的问题。►一定是Tim年轻!孪生子佯谬twinparadox（时钟佯谬）结果：地球上21岁的Jim迎来的是70岁的Tim的归来。加速--非惯性系广义相对论生命在于运动►问题的关键是，时钟延缓效应是狭义相对论的结果，它要求飞船和地球同为惯性系。要想保持飞船和地球同为惯性系，Jim和Tim就只能永别，不可能面对面地比较谁年轻。这就是通常所说的孪生子佯谬（twinparadox）。如果飞船返回地球，则在往返过程中有加速度，飞船就不是惯性系了。这一问题的严格求解要用到广义相对论，计算结

7、果是，兄弟相见时Tim比Jim年轻。这种现象，被称为孪生子效应。