相對(duì)論中時(shí)間和空間

1、愛(ài)因斯坦列車(chē)愛(ài)因斯坦列車(chē) 由于光速不變，在由于光速不變，在S系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在生的兩個(gè)事件，在S系中不系中不再再是同時(shí)的了。是同時(shí)的了。 在列車(chē)中部一光在列車(chē)中部一光源發(fā)出光信號(hào)，在列源發(fā)出光信號(hào)，在列車(chē)車(chē)中中 AB 兩個(gè)接收器兩個(gè)接收器同時(shí)收到光信號(hào)，同時(shí)收到光信號(hào)， ABv vxyoxyo但在地面來(lái)看，由于光速不變，但在地面來(lái)看，由于光速不變，A 先收到，先收到，B 后收到后收到 。4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 一、同時(shí)概念的相對(duì)性一、同時(shí)概念的相對(duì)性oyzxSozxSv vy1x2x1. . 在在 S 系中系中不同

2、地點(diǎn)不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生同時(shí)發(fā)生的兩事件，的兩事件，, 21tt0t)/(2cxvtt0 x, 21xx由由02/cxv在在 S 系中這兩個(gè)事件不是同時(shí)發(fā)生的。系中這兩個(gè)事件不是同時(shí)發(fā)生的。4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 一、同時(shí)概念的相對(duì)性一、同時(shí)概念的相對(duì)性2. . 在在 S 系中系中相同地點(diǎn)相同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生同時(shí)發(fā)生的兩事件，的兩事件，, 21tt0t)/(2cxvtt0 x, 21xx由由0oyzxSozxSv vyx在在 S 系中這兩個(gè)事件是同時(shí)發(fā)生的。系中這兩個(gè)事件是同時(shí)發(fā)生的。4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 一

3、、同時(shí)概念的相對(duì)性一、同時(shí)概念的相對(duì)性. . 在在 S 系中系中不同地點(diǎn)不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生同時(shí)發(fā)生的兩事件，的兩事件，在在 S 系中這兩個(gè)事件系中這兩個(gè)事件不是同時(shí)發(fā)生不是同時(shí)發(fā)生的。的。. .在在 S 系中系中相同地點(diǎn)相同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生同時(shí)發(fā)生的兩事件，的兩事件，在在 S 系中這兩個(gè)事件是系中這兩個(gè)事件是同時(shí)發(fā)生同時(shí)發(fā)生的。的。. .當(dāng)當(dāng) vc 時(shí)，時(shí)，)/(2cxvtt2)/(11cvt1低速空間低速空間“同時(shí)性同時(shí)性”與參照系無(wú)關(guān)。與參照系無(wú)關(guān)。4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 一、同時(shí)概念的相對(duì)性一、同時(shí)概念的相對(duì)性. .同時(shí)性沒(méi)有絕對(duì)意義。同時(shí)性沒(méi)有絕

4、對(duì)意義。. .有因果關(guān)系的事件，因果關(guān)系不因坐標(biāo)有因果關(guān)系的事件，因果關(guān)系不因坐標(biāo)系變化而改變。無(wú)因果關(guān)系的事件無(wú)所謂系變化而改變。無(wú)因果關(guān)系的事件無(wú)所謂誰(shuí)先誰(shuí)后。超光速信號(hào)違反因果率。誰(shuí)先誰(shuí)后。超光速信號(hào)違反因果率。)/(2cxvtt)1 (2txcvt)1 (cucvtcu當(dāng)當(dāng)0t0t時(shí)時(shí)4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 一、同時(shí)概念的相對(duì)性一、同時(shí)概念的相對(duì)性在在S中：中：先開(kāi)槍?zhuān)篪B(niǎo)死先開(kāi)槍?zhuān)篪B(niǎo)死是否能發(fā)生先鳥(niǎo)死，后開(kāi)槍?zhuān)渴欠衲馨l(fā)生先鳥(niǎo)死，后開(kāi)槍?zhuān)坑梢蚬陕?lián)系的兩事件的時(shí)序是不會(huì)顛倒的由因果律聯(lián)系的兩事件的時(shí)序是不會(huì)顛倒的前前事件事件1后后事件事件

5、2在在S中：中：時(shí)序時(shí)序: 兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間順序。兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間順序。子彈子彈v v在在S中：中：0t0t在在S中中)1 (cucvtt4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 一、同時(shí)概念的相對(duì)性一、同時(shí)概念的相對(duì)性4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 一、同時(shí)概念的相對(duì)性一、同時(shí)概念的相對(duì)性例例.（1）某慣性系中一觀察者，測(cè)得兩事某慣性系中一觀察者，測(cè)得兩事件同時(shí)刻、同地點(diǎn)發(fā)生，則在其它慣性系件同時(shí)刻、同地點(diǎn)發(fā)生，則在其它慣性系中，它們不同時(shí)發(fā)生。中，它們不同時(shí)發(fā)生。（3）在某慣性系中同時(shí)、不同地發(fā)生的在某慣性系中同時(shí)、不同

6、地發(fā)生的兩件事，在其它慣性系中必不同時(shí)發(fā)生。兩件事，在其它慣性系中必不同時(shí)發(fā)生。 （2）在慣性系中同時(shí)刻、不同地點(diǎn)發(fā)生在慣性系中同時(shí)刻、不同地點(diǎn)發(fā)生的兩件事，在其它慣性系中必同時(shí)發(fā)生。的兩件事，在其它慣性系中必同時(shí)發(fā)生。 正確的說(shuō)法是：正確的說(shuō)法是：(A) (1).(3) (B) (1).(2).(3)(C) (3) (D) (2).(3) C 4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 一、同時(shí)概念的相對(duì)性一、同時(shí)概念的相對(duì)性ooyzxSzxSv vy1x2x1x2x 假設(shè)尺子和假設(shè)尺子和 S 系以系以 v v 向右運(yùn)動(dòng)，向右運(yùn)動(dòng)，12xxx在在 S 系中系中同時(shí)測(cè)

7、量同時(shí)測(cè)量運(yùn)動(dòng)的尺子的兩端運(yùn)動(dòng)的尺子的兩端, 21tt0t12xxxl0ll)(tvxx0l由由有有l(wèi)l0S 系中測(cè)量相對(duì)靜系中測(cè)量相對(duì)靜止的尺子長(zhǎng)度為止的尺子長(zhǎng)度為4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 二、長(zhǎng)度收縮二、長(zhǎng)度收縮oyzxSozxSv vy1x2x1x2x0llll00ll20)/(1cvll0 稱(chēng)為固有長(zhǎng)度稱(chēng)為固有長(zhǎng)度，即，即相對(duì)物體靜止的參相對(duì)物體靜止的參照系所測(cè)量的長(zhǎng)度。照系所測(cè)量的長(zhǎng)度。l 稱(chēng)為相對(duì)論長(zhǎng)度稱(chēng)為相對(duì)論長(zhǎng)度，即相對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的參，即相對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的參照系所測(cè)量的長(zhǎng)度。照系所測(cè)量的長(zhǎng)度。4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)

8、性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 二、長(zhǎng)度收縮二、長(zhǎng)度收縮. .觀察運(yùn)動(dòng)的物體其長(zhǎng)度要收縮，收縮只觀察運(yùn)動(dòng)的物體其長(zhǎng)度要收縮，收縮只出現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)方向。出現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)方向。20)/(1cvll. .同一物體速度不同，測(cè)量的長(zhǎng)度不同。同一物體速度不同，測(cè)量的長(zhǎng)度不同。物體靜止時(shí)長(zhǎng)度測(cè)量值最大。物體靜止時(shí)長(zhǎng)度測(cè)量值最大。. .低速空間相對(duì)論效應(yīng)可忽略。低速空間相對(duì)論效應(yīng)可忽略。， cv0ll. .長(zhǎng)度收縮是相對(duì)的，長(zhǎng)度收縮是相對(duì)的，S系看系看S系中的物系中的物體收縮，反之，體收縮，反之，S系看系看S系中的物體也收縮。系中的物體也收縮。4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 二、長(zhǎng)度收縮二

9、、長(zhǎng)度收縮地球上宏觀物體最大速度地球上宏觀物體最大速度103m/s，比光速比光速小小5個(gè)數(shù)量級(jí)，在這樣的速度下長(zhǎng)度收縮個(gè)數(shù)量級(jí)，在這樣的速度下長(zhǎng)度收縮約約1010，故可忽略不計(jì)。故可忽略不計(jì)。4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 二、長(zhǎng)度收縮二、長(zhǎng)度收縮播放動(dòng)畫(huà)播放動(dòng)畫(huà)4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 二、長(zhǎng)度收縮二、長(zhǎng)度收縮4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 二、長(zhǎng)度收縮二、長(zhǎng)度收縮例例1. .宇宙飛船相對(duì)于地面以速度宇宙飛船相對(duì)于地面以速度 v 作勻速作勻速直線(xiàn)飛行，某一時(shí)刻飛船頭部的宇航

10、員向直線(xiàn)飛行，某一時(shí)刻飛船頭部的宇航員向飛船尾部發(fā)出一個(gè)光訊號(hào)，經(jīng)過(guò)飛船尾部發(fā)出一個(gè)光訊號(hào)，經(jīng)過(guò) t （飛（飛船上的鐘）時(shí)間后，被尾部的接收器收到，船上的鐘）時(shí)間后，被尾部的接收器收到，則由此可知飛船的固有長(zhǎng)度為則由此可知飛船的固有長(zhǎng)度為tc )A(tv )B(2/1 )C(cvtc2/1 )D(cvtc A 4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 二、長(zhǎng)度收縮二、長(zhǎng)度收縮例例2. .一固有長(zhǎng)度為一固有長(zhǎng)度為 L0= =90 m的飛船，沿船的飛船，沿船長(zhǎng)方向相對(duì)地球以長(zhǎng)方向相對(duì)地球以 v = =0.80 c 的速度在一的速度在一觀測(cè)站的上空飛過(guò)，該站測(cè)的飛船長(zhǎng)度及

11、觀測(cè)站的上空飛過(guò)，該站測(cè)的飛船長(zhǎng)度及船身通過(guò)觀測(cè)站的時(shí)間間隔各是多少？船船身通過(guò)觀測(cè)站的時(shí)間間隔各是多少？船中宇航員測(cè)前述時(shí)間間隔又是多少？中宇航員測(cè)前述時(shí)間間隔又是多少？解：觀測(cè)站測(cè)船身長(zhǎng))m(54)s(1025.2/7vLt通過(guò)時(shí)間cvLL/120.4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 二、長(zhǎng)度收縮二、長(zhǎng)度收縮0Lv通過(guò)是觀測(cè)站以該過(guò)程對(duì)宇航員而言，vLt/0)s(1075.374. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 二、長(zhǎng)度收縮二、長(zhǎng)度收縮 在在 S 系系同一地同一地點(diǎn)點(diǎn) x 處發(fā)生兩事件。處發(fā)生兩事件。 S 系記錄分別為系記

12、錄分別為 t1 和和 t2。.oyzxSozxSv vy兩事件時(shí)間間隔兩事件時(shí)間間隔12ttt0tt0 固有時(shí)間：固有時(shí)間：相對(duì)事件靜止的參照系所相對(duì)事件靜止的參照系所測(cè)量的時(shí)間。測(cè)量的時(shí)間。0 x如在飛船上的鐘測(cè)得一人吸煙用了如在飛船上的鐘測(cè)得一人吸煙用了5分鐘。分鐘。4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 三、時(shí)鐘延緩三、時(shí)鐘延緩在在 S 系測(cè)得系測(cè)得兩事件兩事件時(shí)間間隔由時(shí)間間隔由)/(2cxvtt0 x, 0tt0tt在在 S 系系中觀察中觀察 S 系中的系中的時(shí)鐘變慢了時(shí)鐘變慢了-運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢。的時(shí)鐘變慢。0tt20)/(1cvtt.oyzxSoz

13、xSv vy4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 三、時(shí)鐘延緩三、時(shí)鐘延緩 1971年美國(guó)科學(xué)家在年美國(guó)科學(xué)家在地面對(duì)準(zhǔn)精度為地面對(duì)準(zhǔn)精度為109秒銫原秒銫原子鐘，把子鐘，把4臺(tái)原子鐘放到噴臺(tái)原子鐘放到噴氣式飛機(jī)上繞地球飛行一圈，氣式飛機(jī)上繞地球飛行一圈，然后返回地面與地面靜止的然后返回地面與地面靜止的比較，結(jié)果慢了比較，結(jié)果慢了59毫微秒。毫微秒。與相對(duì)論值只差用與相對(duì)論值只差用10，后來(lái)將原子鐘放到飛船上實(shí)后來(lái)將原子鐘放到飛船上實(shí)驗(yàn)精度進(jìn)一步提高。驗(yàn)精度進(jìn)一步提高。在地面上測(cè)得這個(gè)人吸煙可能用了在地面上測(cè)得這個(gè)人吸煙可能用了8分鐘。分鐘。4. SR4. SR

14、中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 三、時(shí)鐘延緩三、時(shí)鐘延緩. .運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢。不同系下事件經(jīng)歷的運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢。不同系下事件經(jīng)歷的時(shí)間間隔不同。時(shí)間空間是相互聯(lián)系的。時(shí)間間隔不同。時(shí)間空間是相互聯(lián)系的。. .靜止的時(shí)鐘走的最快。固有時(shí)間最短。靜止的時(shí)鐘走的最快。固有時(shí)間最短。. .低速空間相對(duì)論效應(yīng)可忽略。低速空間相對(duì)論效應(yīng)可忽略。0tt0tt， cv0ttt. .時(shí)鐘變慢是相對(duì)的，時(shí)鐘變慢是相對(duì)的，S系看系看S系中的時(shí)系中的時(shí)鐘變慢，反之鐘變慢，反之 S系看系看S系中的時(shí)鐘也變慢。系中的時(shí)鐘也變慢。4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 三、時(shí)

15、鐘延緩三、時(shí)鐘延緩， 1a.慢慢慢慢.4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 三、時(shí)鐘延緩三、時(shí)鐘延緩 雙生子佯謬雙生子佯謬4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 三、時(shí)鐘延緩三、時(shí)鐘延緩1905年年10月，德國(guó)雜志月，德國(guó)雜志物理年鑒物理年鑒刊登了一篇刊登了一篇關(guān)于運(yùn)動(dòng)物體的電動(dòng)力學(xué)關(guān)于運(yùn)動(dòng)物體的電動(dòng)力學(xué)的論文，它宣告了狹的論文，它宣告了狹義相對(duì)論假說(shuō)的問(wèn)世。正是這篇看似很普通的論文義相對(duì)論假說(shuō)的問(wèn)世。正是這篇看似很普通的論文，建立了全新的時(shí)空觀念，并向明顯簡(jiǎn)單的同時(shí)性，建立了全新的時(shí)空觀念，并向明顯簡(jiǎn)單的同時(shí)性觀念提出了挑戰(zhàn)。由愛(ài)

16、因斯坦狹義相對(duì)論可以得出觀念提出了挑戰(zhàn)。由愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論可以得出運(yùn)動(dòng)的物體存在時(shí)間膨脹效應(yīng)運(yùn)動(dòng)的物體存在時(shí)間膨脹效應(yīng),于是于是, 在在1911年年4月波月波隆哲學(xué)大會(huì)上，法國(guó)物理學(xué)家隆哲學(xué)大會(huì)上，法國(guó)物理學(xué)家P朗之萬(wàn)用雙生子朗之萬(wàn)用雙生子實(shí)驗(yàn)來(lái)質(zhì)疑狹義相對(duì)論的時(shí)間膨脹效應(yīng)，設(shè)想的實(shí)實(shí)驗(yàn)來(lái)質(zhì)疑狹義相對(duì)論的時(shí)間膨脹效應(yīng)，設(shè)想的實(shí)驗(yàn)是這樣的：一對(duì)雙胞胎，一個(gè)留在地球上，另一驗(yàn)是這樣的：一對(duì)雙胞胎，一個(gè)留在地球上，另一個(gè)乘坐火箭到太空旅行。飛行速度接近光速，在太個(gè)乘坐火箭到太空旅行。飛行速度接近光速，在太空旅行的雙胞胎回到地球時(shí)只不過(guò)兩歲，而他的兄空旅行的雙胞胎回到地球時(shí)只不過(guò)兩歲，而他的兄弟早已

17、死去了，因?yàn)榈厍蛏弦呀?jīng)過(guò)了弟早已死去了，因?yàn)榈厍蛏弦呀?jīng)過(guò)了200年了。年了。 這就是著名的這就是著名的雙生子詳謬雙生子詳謬。雙生子佯謬說(shuō)明狹。雙生子佯謬說(shuō)明狹義相對(duì)論在邏輯自洽性上還存在不完善的地方。義相對(duì)論在邏輯自洽性上還存在不完善的地方。播放播放CAI4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 三、時(shí)鐘延緩三、時(shí)鐘延緩播放播放CAI4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 三、時(shí)鐘延緩三、時(shí)鐘延緩4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 三、時(shí)鐘延緩三、時(shí)鐘延緩例：例：介子的壽命。介子的壽命。 介子在實(shí)驗(yàn)室中

18、的壽命為介子在實(shí)驗(yàn)室中的壽命為2.1510 6s，進(jìn)入大氣后進(jìn)入大氣后 介子衰變，介子衰變，e正電子或負(fù)電子正電子或負(fù)電子中微子中微子反中微子反中微子速度為速度為0.998c，從高空到地面約從高空到地面約 10Km，問(wèn)：?jiǎn)枺?介子能否到達(dá)地面。介子能否到達(dá)地面。解解1：以地面為參照系以地面為參照系 介子壽命延長(zhǎng)。介子壽命延長(zhǎng)。用經(jīng)典時(shí)空觀用經(jīng)典時(shí)空觀 介子所走路程介子所走路程4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 三、時(shí)鐘延緩三、時(shí)鐘延緩681015.2103998.0y)m(644還沒(méi)到達(dá)地面，就已經(jīng)衰變了。還沒(méi)到達(dá)地面，就已經(jīng)衰變了。但實(shí)際探測(cè)儀器不僅在地面，甚至在地下但實(shí)際探測(cè)儀器不僅在地面，甚至在地下 3km 深的礦井中也測(cè)到了深的礦井中也測(cè)到了 介子。介子。用相對(duì)論時(shí)空觀用相對(duì)論時(shí)空觀 介子所走路程介子所走路程由由地面地面 S 系系觀測(cè)觀測(cè) 介子壽命介子壽命20)/(1cv0tts100 .34626)/998.0(11015.2cc0998.0cy4. SR4. SR中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間中的同時(shí)性長(zhǎng)度和時(shí)間 / / 三、時(shí)鐘延緩三、時(shí)鐘延緩地面地面 S 系系觀測(cè)觀測(cè) 介子運(yùn)動(dòng)距離介子運(yùn)動(dòng)距離cy998.086103998.01034)m(10190解解2： 以以 介子為參照系運(yùn)動(dòng)距離縮短。介子為參照系運(yùn)動(dòng)距離縮短