6-3相對論時空理論

6.3相對論時空理論一相對論時空結(jié)構

設第一個事件時空坐標(0,0,0,0),第二個事件任意(x,y,z,t)則,為空間間隔.

兩事件用光信號聯(lián)系

兩事件可用低于光速的信號聯(lián)系

兩事件不能用光信號聯(lián)系這種劃分是絕對的,與參照系無關。

再論間隔

1、光錐---間隔分類的幾何意義

類空間隔類時間隔稱為絕對將來稱為絕對過去因果關系?二因果律和相互作用的最大傳播速度

1、相對論時空理論不破壞因果律2、相互作用的最大傳播速度三同時的相對性

1、同時同地事件結(jié)論：同時同地兩事件，在任何慣性系中仍是同時同地事件

2、同地不時同事件設

結(jié)論：同地不同時兩事件，在其他慣性系中一般為不同地不同時事件，但時間順序不會顛倒，即因果律不變。

3、同時不同地事件若

若

結(jié)論：同時不同地兩事件，在其他慣性系中一般為不同時、不同地事件。同時的相對性：不同的慣性系時間不再統(tǒng)一，否認了絕對時空結(jié)論：有因果關系的事情在任何慣性系都不會改變。例：在Σ系中觀測石家莊和北京在同一時刻出生了兩個小孩，在Σ系〔如坐飛船，v接近光速〕觀測結(jié)果如何？又:一個生孩子的過程在不同慣性系的觀測結(jié)果如何？飛船從石家莊→北京北京的小孩先出生。飛船從北京→石家莊北京的小孩后出生。⑵討論生孩子的過程出生開始為P1，結(jié)束為P2，出生過程在任何慣性系都不會顛倒，但過程的時間間隔不同。(1)從飛船上觀測石家莊x1北京x2Σ系Σ

系3不排除大于光速的信號存在信號速度、物體運動速度小于光速，是指相對于某一參照系的速度小于光速，但不排除超過光速的現(xiàn)象。分析1vc，洛侖茲速度變換退化為伽利略變換2速度變換滿足光速不變原理無論是在真空中還是介質(zhì)中，無論用什么方法，都不可能使一個信號以大于光速的速度傳遞。

若u=c,則可推出

若uc,則可證明uc

二長度收縮(lengthcontraction)

根據(jù)經(jīng)典理論：1.運動長度收縮

根據(jù)相對論理論：

固有長度（又稱原長）在同一時刻測量長度結(jié)論:運動尺子長度沿運動方向收縮。①在不同慣性系中測量同一尺長，以原長為最長。②長度收縮效應是相對的。當v<<c

時,退化為經(jīng)典結(jié)果。④討論若尺子放在

系中，固有長度（properlength）例如：一汽車若速度③該效應是時空屬性之一，與尺子結(jié)構無關。若速度長度收縮是觀測結(jié)果，但用眼看，物體并非一定變扁，看到的也不是一個扁形的世界。

⑤思考問題例1一靜止長度為的火箭以恒定速度v相對S系運動，如圖。已知A端發(fā)出一光信號，當信號傳到B端時，需要多少時間？解：在S’系中，在S系中，根據(jù)長度收縮公式，有考慮到尾端的推進，應為三時間延緩〔timedilation〕

根據(jù)經(jīng)典理論：

根據(jù)相對論理論：——固有時〔原時〕因相對觀察者運動的鐘比靜止的鐘走得慢，該效應又稱運動時鐘減慢效應。

在不同慣性系中測量給定兩事件之間的時間間隔，測得的結(jié)果以原時最短。討論

經(jīng)典力學絕對時間概念只不過是狹義相對論的時間概念在低速情況下的近似，若（退化）從狹義相對論的根本假設，可直接導出時間延緩效應經(jīng)歷的時間測量的時間可導出測量時間為例2帶電介子是不穩(wěn)定的，可衰變?yōu)榻樽雍椭形⒆樱瑢τ陟o止的介子，測得平均壽命為，設在實驗室測得介子運動速度為，求衰變前的平均距離？在相對介子靜止的參考系中，測得的平均壽命為原時而在實驗室參考系中測得的平均壽命為實驗室中飛行距離為愛因斯坦延緩——運動參考系中的時間節(jié)奏變緩了。在其中，一切物理過程、化學過程、乃至觀測者自己的生命節(jié)奏都變緩。解：若按經(jīng)典理論計算？實際實驗室測量的結(jié)果約為對于狹義相對論愛因斯坦延緩是相對的。例3子是1936年由安德森〔C.D.Anderson〕等人在宇宙線中發(fā)現(xiàn)的。它可自發(fā)的衰變?yōu)橐粋€電子和兩個中微子。自發(fā)衰變的平均壽命子。地球上層大氣中時，會形成豐富的，當高能宇宙射線質(zhì)子進入在離地面高空產(chǎn)生的設來自太空的宇宙線子，可否在衰變前到達地面？子相對于地球的運動速率為在該時間內(nèi)粒子運動的距離在衰變前可到達地面。

時間延緩法S'動，S靜

長度縮短法S'靜，S動粒子壽命內(nèi)，S系運動距離而

S'系測量宇宙線離地面在衰變前，粒子可與地球相遇。

小結(jié)：1同時性的相對性2運動的長度收縮3運動的時間延緩——否定絕對時空觀注意原長和原時的確定。孿生子效應〔孿生子佯謬〕簡介明明亮亮亮亮亮亮明明究竟誰年輕？1具有加速度，超出了狹義相對論的理論范圍。相對于慣性系轉(zhuǎn)速越大的鐘走得越慢——與孿生子效應一致。21971年的銫原子鐘實驗。比靜止在地面上的鐘慢59納秒。解：⑴先求尺的固有長度，由尺縮（3）求測到的尺長，由尺長收縮

例4：在系中測得一直尺長度為，運動速度為，方向沿正向。而相對以v沿x正向運動。問在系中測到的尺長是多少？（2）再求尺相對的速度，尺相對系的速度為。利用反變換：思考題2：

一個人扛一個固有長度為