物理舊課件狹義相對論

1、同時性的相對性這種在同一慣性系中同時不同地發(fā)生的事，但在另一慣性系中不同時發(fā)生的特點稱為同時性的相對性對同時性的相對性的理解一列沿直線行駛的火車S系下如何能知道這兩個事件同時發(fā)生呢？長度收縮的要點 測量運動長度: 需要同時測量棒兩端的坐標(biāo)測量靜止長度:不需要同時測量兩端坐標(biāo)靜止時間和運動時間t為不同地點發(fā)生兩事件的時間間隔可以稱為（運動時間）一飛船以u=9103m/s的速率相對與地面勻速飛行。飛船上的鐘走了5s,地面上的鐘經(jīng)過了多少時間？解：飛船的時間膨脹效應(yīng)實際上很難測出例1，靜止的介子平均壽命為2.510-8s,之后即衰變成一個介子和一個中微子，今產(chǎn)生一束介子，在實驗室測得它的速率為u=0

2、.99c,并測得它在衰變前通過的平均距離為52m,這些測量結(jié)果是否一致？解： t是靜止介子的平均壽命，是固有時間，當(dāng)介子運動時，在實驗室測的平均壽命應(yīng)是實驗室測得它通過的平均距離應(yīng)該是：ut=53m,與實驗結(jié)果符合得很好。例2，從距地面6000米的高空產(chǎn)生一束速率為u=0.998c 介子飛向地球。假定介子在自身參照系中的平均壽命為t0=210-6 s，試問：1) 地球上的觀測者判斷 介子能否到達(dá)地球？2) 與介子一起運動的參照系中的觀測者的判斷結(jié)果又如何解： 介子的平均壽命t0=210-6 s為固有時間。地球上觀測者，測得 介子的壽命為即在地球上觀測者看來， 介子一生可飛行距離為即在地球上觀測

3、者看來， 介子一生可飛行距離為2) 在與 介子共同運動的參考系中， 介子是靜止的，地球以速率v=0.998c接近 介子在 介子參考系中，其一生中地球的行程為結(jié)論：能到達(dá)地球?qū)嶋H上， 介子能達(dá)到地球，這是客觀事實，不會因為參考系的不同而改變。從地面到 介子產(chǎn)生處為6000m高空是在地球參考系中測得的，由于空間收縮效應(yīng)，在 介子參考系中，這段距離變?yōu)樗栽?介子參考系判斷， 介子中也能到達(dá)地球。兩個慣性系的觀察者O和O以0.6C速度相互接近,如果O測得兩者的初始距離是20米,則O的觀測者測得兩者經(jīng)過多長時間相遇?作業(yè)的一個習(xí)題兩個慣性系的觀察者O和O以0.6C速度相互接近,如果O測得兩者的初始距離

4、是20米,則O的觀測者測得兩者經(jīng)過多長時間相遇?兩個慣性系的觀察者O和O以0.6C速度相互接近,如果O測得兩者的初始距離是20米,則O的觀測者測得兩者經(jīng)過多長時間相遇?向右為正方向假設(shè)分手時弟弟和哥哥為零歲，哥哥乘飛船離開地球的速度是0.6c，要飛到距離地球6光年的A星球上(A星球和地球是相對靜止的)，然后返回。 孿生子佯謬狹義相對論解釋從地球所在的參考系S上看，哥哥飛到A星球上需要的時間為10年，由于運動時鐘變慢，哥哥的表所經(jīng)歷的時間是8年 后哥哥馬上以0.6c的速率返回，哥哥的表又走了8年，而弟弟的表又走了10年。因此當(dāng)哥哥回到地球上時，哥哥16歲，而弟弟已經(jīng)20 歲了 而如果從飛船所在參

5、考系上看，弟弟坐在地球上以相同的速率0.6c向相反方向飛，由于長度收縮，地球和A星球間的距離是4.8光年 A星球到達(dá)哥哥所在的位置所需時間為8年（4.8光年/0.6c）。同樣由于運動鐘變慢，弟弟在這一過程中所經(jīng)歷的時間為6.4年 在弟弟坐在地球上返回過程中，哥哥所在飛船上同樣經(jīng)歷了8年，弟弟在這一過程中所經(jīng)歷的時間為同樣為6.4年。當(dāng)哥哥與弟弟相遇時，哥哥為16歲，弟弟為12.8歲，弟弟的結(jié)論是正確的，因為弟弟始終從一個慣性參考系K上分析整個過程，哥哥的結(jié)論之所以不正確在于從兩個慣性系上來分析整個過程 A星球0.6c地球0.6c地球以0.6c飛離飛船飛船以0.8824c追趕地球地球0.6c0.

6、8824c飛船飛船上的哥哥在兩個過程中所經(jīng)歷的時間為16年（8+8），地球上的弟弟在兩個過程中所經(jīng)歷的時間為20年（6.4+13.6） 哥哥經(jīng)歷時間弟弟經(jīng)歷時間第六節(jié) 狹義相對論的動力學(xué)基礎(chǔ)一、相對論質(zhì)量和動量質(zhì)量與速度有關(guān)，否則動量守恒定律不能在洛侖茲變換下保持形式不變?nèi)匀贿@樣定義動量質(zhì)量和速度的關(guān)系靜止粒子質(zhì)量： m o運動粒子質(zhì)量： mm稱相對論質(zhì)量。式中V為粒子相對某一慣性系的速率宏觀物體一般 v=104m/s,此時：牛頓力學(xué)1、質(zhì)量和速度的關(guān)系：續(xù)2、微觀粒子速率接近光速如中子v=0.98c時光子:必須即以光速運動的物體是沒有靜止質(zhì)量的靜止質(zhì)量不為零的物體速度不能是光速質(zhì)量和速度的關(guān)

7、系：續(xù)相對論中的牛頓定律在相對論力學(xué)中仍用動量變化率為質(zhì)點受到的作用力，即：在 的條件下：二、相對論動能定義動能：使粒子從靜止開始運動到具有速度v時合外力對物體所作的功相對論動能：續(xù)兩邊做變分:即相對論動能：續(xù)當(dāng)vc時:又回到了牛頓力學(xué)的動能公式相對論動能：續(xù)根據(jù)可以得到粒子速率由動能表示的關(guān)系：表明：當(dāng)粒子的動能由于力對其做功而增大時，速率也增大。但速率的極限是c 有質(zhì)量物體速度的極限三、相對論能量 質(zhì)能關(guān)系靜止能量動能總能量粒子以速率v 運動時的總能量靜止能量注意,靜止質(zhì)量不守恒那里有質(zhì)量，那里就有能量；那里有能量就相當(dāng)于那里有質(zhì)量，因此質(zhì)能關(guān)系把經(jīng)典中的兩個守恒定律統(tǒng)一起來，即系統(tǒng)的能量

8、守恒就意味著系統(tǒng)的質(zhì)量守恒，反之亦然。質(zhì)能關(guān)系，及質(zhì)量守律為相對論的質(zhì)能關(guān)系式四 相對論的能量動量關(guān)系即相對論的動量能量關(guān)系式動能為EK的粒子：回到了牛頓力學(xué)。代入上式得：上式為相對論動量和動能的關(guān)系相對論的動能和動量關(guān)系習(xí)題考察的內(nèi)容應(yīng)用能量守恒（或質(zhì)量守恒）應(yīng)用動量守恒例1 電子的靜質(zhì)量m=9.110-31kg。求：（1）電子的靜能是多少電子伏特；（2）從靜止開始加速到v=0.60c的速度需作的功；2）加速到v=0.60c時電子的總能量為需要做的功為例2、在一種熱核反應(yīng)中各種粒子的靜止質(zhì)量為：氘核：m1=3.343710-27kg氚核：m2=5.004910-27kg氦核：m3=6.642

9、510-27kg中子：m4=1.675010-27kg求這一熱核反應(yīng)釋放的能量是多少？解：質(zhì)量虧損為：相應(yīng)釋放的能量為：1kg這種核燃料所釋放的能量為：這相當(dāng)于同質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)煤燃燒所釋放熱量的1千多萬倍！例3 (1)求動量為0.60MeV/C時電子的能量.解:當(dāng)P=0.60MeV/C時，其能量為E，則有(2)求動能為109ev的質(zhì)子的動量為多少?解:例題4 設(shè)有兩個靜止質(zhì)量都是m0的粒子，以大小相同、方向相反的速度v相碰，反應(yīng)合成一個復(fù)合粒子。試求這個復(fù)合粒子的靜止質(zhì)量。解 設(shè)兩個粒子的速率都是v，由能量守恒定律得vvMAB顯然 V=0，由動量守恒定律得這表明復(fù)合粒子的靜止質(zhì)量M0大于2m0，兩

10、者的差值由此可見，動能轉(zhuǎn)化為靜止質(zhì)量，從而使碰撞后復(fù)合粒子的靜止質(zhì)量增大了。例5 已知二質(zhì)點A, B靜止質(zhì)量均為m0，若質(zhì)點A靜止，質(zhì)點B以6m0c2的動能向A運動，碰撞后合成一粒子，若無能量釋放。求：合成粒子的靜止質(zhì)量。解：兩粒子的能量分別為由能量守恒，合成后新粒子的總能量由相對論質(zhì)能關(guān)系粒子的靜止質(zhì)量由動量守恒由題意由相對論的能量和動量關(guān)系未知未知代入得對狹義相對論的批判（譚暑生）標(biāo)準(zhǔn)時空論（國防科技大學(xué)學(xué)報1983年）一，是否存在一個優(yōu)越的慣性參考系？現(xiàn)代宇宙學(xué)認(rèn)為，在宇宙范圍內(nèi)存在“宇宙標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系”它是優(yōu)越的坐標(biāo)系，它得到2.7K宇宙背景輻射的支持，宇宙背景輻射的嚴(yán)格各向同性的情況只存

11、在一個慣性系中，其它慣性系中都顯示出輻射溫度的方向變化。測量從各個方向到達(dá)地球的宇宙背景輻射溫度的微小偏離，得到地球相對這個宇宙標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的速度為400公里/秒對狹義相對論的批判（譚暑生）二，關(guān)于光速度不變原理到目前的各種實驗只證明雙程平均光速或回路平均光速的不變性，并沒有證明單程光速不變性。愛德華等人用回路平均光速不變性推出了廣義的洛侖茲變換。（譚暑生）標(biāo)準(zhǔn)時空論的基本假設(shè)1絕對參考系原理：在所有慣性系中存在一個標(biāo)準(zhǔn)的慣性參考系，在這個參考系中單程光速是各向同性的。2回路平均光速不變原理：在任何慣性系中，光在真空中沿任何一個閉合回路速度的平均值為C，它與光源的運動狀態(tài)和空間方位無關(guān)3，任何慣

12、性系中都不存在物質(zhì)運動的上限4，新時空變換在低速下必須還原為伽利略變換對標(biāo)準(zhǔn)時空論評價標(biāo)準(zhǔn)時空論在基本假設(shè)的合理性、邏輯簡單性和邏輯自洽性上勝于狹義相對論。標(biāo)準(zhǔn)時空論完滿地解釋了以前的所有實驗結(jié)果，預(yù)見了一些迄今沒有預(yù)料的新的經(jīng)驗事實，等待著這些實驗的檢驗和證實。 對標(biāo)準(zhǔn)時空論評價譚暑生的標(biāo)準(zhǔn)時空論發(fā)表后，包括錢學(xué)森（對譚暑生的鼓勵，前后長達(dá)20多年）在內(nèi)的國內(nèi)外多位科學(xué)家都給予了高度評價 國內(nèi)知名教授白銘復(fù)認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)時空論是有別于牛頓的絕對時空觀和愛因斯坦的相對論時空觀的一種新的可能的目前物理學(xué)所允許的時空理論。理論物理權(quán)威法國物理學(xué)家德埃斯帕納：很好的觀點，完全獨立地證明了：對實驗事實的解

13、釋并非一定需要通常的狹義相對論，這一點，我以前是不知道的，與我討論過這方面課題的物理學(xué)家中也幾乎沒有人知曉這個事實。 對標(biāo)準(zhǔn)時空論評價兩院院士宋健為從狹義相對論到標(biāo)準(zhǔn)時空論一書撰寫了序言，其中特別指出：“譚暑生教授瀝20多年的心血，創(chuàng)立標(biāo)準(zhǔn)時空論。作為一個自洽的新體系，它繼承和綜合了牛頓力學(xué)和愛因斯坦狹義相對論的基本思想和成就，蘊涵了已知，又有創(chuàng)新，廓清了原有的悖論，開拓了新的視野，對物理學(xué)的發(fā)展具有重要意義?！?當(dāng)我還是一個相當(dāng)早熟的少年的時候，我就已經(jīng)深切地意識到：大多數(shù)人終生無休止的追逐的那些東西是毫無價值的，而且我不久就發(fā)現(xiàn)，這種追逐的殘酷，這在當(dāng)年較之今天是更加精心的用偽善和漂亮的字句掩飾著的，每個人只是因為有一個胃，就注定要參加這種追逐。但是一個有思想、有感情的人卻不能由此得到滿足愛因斯坦是怎么看待生活的？象我