《愛因斯坦眼中的世界》參考課件1

第2節(jié)愛因斯坦眼中的世界一、狹義相對論的兩條基本原理1、狹義相對性原理在不同的慣性參考系，一切物理規(guī)律都是相同的。2、光速不變原理真空中的光速在不同的慣性參考系中是相同的，光速與光源、觀察者間的相對運動沒有關(guān)系。

就是在看來如此簡單且最一般的兩個假設(shè)的基礎(chǔ)上愛因斯坦建立了一套完整的理論——狹義相對論對兩個基本原理的正確理解①自然規(guī)律不僅包括力學(xué)規(guī)律，還包括電磁學(xué)規(guī)律等其他所有的物理學(xué)規(guī)律；②強調(diào)真空中的光速不變指大小既不依賴于光源或觀察者的運動，也不依賴于光的傳播方向③幾十年來科學(xué)家采用各種先進的物理技術(shù)測量光速，結(jié)果都不違背光速不變原理。

在經(jīng)典物理家的頭腦中，如果兩個事件在一個參考系中看來是同時的，在另一個參考系中看來也一定是同時的，但是如果接受愛因斯坦的兩個假設(shè)，我們會得出“同時是相對的”這樣一個結(jié)論．同時是相對的二、狹義相對論中的時間與空間1、“同時”的相對性

車廂上的人和地面上的人看到車廂中間燈光到達前后車廂的先后是不一樣的．

車上的觀察者認為光同時到達車廂的前后兩壁

站臺上的觀察者認為光先到車廂后壁后到前壁結(jié)論：1、對于運動的火車上同時發(fā)生的兩個事件，對于地面就不是同時的

關(guān)鍵：在各個參考系中光速都為c2、地面上同時發(fā)生的兩個事件，對于運動的火車也不是同時的

關(guān)鍵：相對運動2、長度的相對性

v車上的人看到的車廂的長度：車外的人看到的車廂的長度：注意：長度縮短效應(yīng)只發(fā)生在相對運動的方向上如上例中的X軸方向上，在Y軸方向上無長度縮短效應(yīng)動尺變短（空間收縮效應(yīng)）S′O′X′Y′OSXY●

結(jié)論

一條沿自身長度方向運動的桿，其長度總比桿靜止時的長度小斐克小伙劍術(shù)精，出刺迅捷如流星，由于空間收縮性，長劍變成小鐵釘.3、時間間隔的相對性在站臺上看運動火車上的鐘在火車上看運動站臺上的鐘

高速運行的列車上，由車廂底部發(fā)出的閃光，對于車上的人來說，閃光是在豎直方向反射的，而車廂外的人認為被接收的反射光是沿斜線傳播的．

由光速不變原理便得到不同的時間間隔對于車廂內(nèi)的人：對于車廂外的人：h相對速度與動鐘延緩效應(yīng)

(τ=1s）相對速度與動鐘延緩效應(yīng)

(τ=1s）V（米/秒）0.1c=3×1070.5c

0.8c0.9c0.99c0.999c0.9998cT(秒)1.011.151.672.297.122.450三、相對論的速度疊加

由于時間和空間的相對性，對于物體的速度，在某一慣性系S’內(nèi)觀測，要用S’系的時間和空間坐標表示；在另一慣性系S內(nèi)觀測，要用S系的時間和空間坐標表示。這樣，速度疊加公式就不再是絕對時空的速度疊加公式了。假如S’和S兩系的坐標軸相平行，S’以速度ν沿x軸而運動，一質(zhì)點以u’相對S’沿x’軸而運動，則相對S，其速度u為這是相對論的速度疊加公式。如果u’＜c，則u＜c；如果u’＝c(光速)，則u＝c．與相對論的時空概念相協(xié)調(diào)。v車外的人看到車上人相對地面的速度為：例1地球上一觀察者，看見一飛船A以速度2.5×l03m／s從他身邊飛過，另一飛船B以速度2.0×l08m／s跟隨A飛行。求：（1）A上的乘客看到B的相對速度；（2）B上的乘客看到A的相對速度。中國航天A中國航天B1u=xvvc2uxux′=1.125×108m/s

2.5×108=2.0×1089.0×1016×2.5×1082.0×1081=ux2.0×108m/s

=v2.5×108m/s

解：(1)設(shè)地球為K系，飛船A為K′系。由已知條件可知K′系相對K系是速度為飛船B在K系中的速度為飛船B在K′系中的速度為中國航天A中國航天BK′Kuvx

(2)設(shè)地球為K系，飛船B為K′系。由已知條件可知K′系相對K系是速度為=ux2.5×108m/s

=v2.0×108m/s

飛船A在K系中的速度為1u=xvvc2uxux′=1.125×108m/s

2.0×108=2.5×1089.0×1016×2.0×1082.5×1081飛船A在K′系中的速度為中國航天A中國航天BKuxK′vux′練習(xí)1一原子核以0.5c的速度離開一觀察者而運動。原子核在它運動方向上向前發(fā)射一電子，該電子相對于核有0.8c的速度；此原子核又向后發(fā)射了一光子指向觀察者。對靜止觀察者來講，（1）電子具有多大的速度；（2）光子具有多大的速度。解：設(shè)觀測者為K系，原子核為K′系。電子在K′系中的速度為：K′系相對K系是速度為：0.8c=ux′=v0.5c+×=+0.8c0.5c0.81=0.50.93c++1u=xvvc2uxux′′電子在K

系中的速度為：根據(jù)光速不變原理，光子的速度為c。時空相對性的實驗驗證

根據(jù)相對論，時間在運動中會進行的比較緩慢，也就是說，在空間中高速移動的時鐘，比固定于地面上的時鐘走得慢．1971年，科學(xué)家將銫原子鐘放在噴氣式飛機中作環(huán)球飛行，然后與地面的基準鐘對照．實驗結(jié)果與理論預(yù)言符合的很好．這是相對論的第一次宏觀驗證．

早在1941年，科學(xué)家通過對宇宙線的觀測證實了相對論的結(jié)論，美國科學(xué)家羅西和霍爾在不同高度統(tǒng)計了宇宙線中μ子的數(shù)量，結(jié)果與相對論預(yù)言完全一致．

當(dāng)兩個參考系的相對速度可與光速相比時，時間與空間的相對性才比較明顯．

狹義相對論的結(jié)論已經(jīng)完全得到證實，實際上它已經(jīng)成為微觀粒子研究的基礎(chǔ)之一．

牛頓物理學(xué)的絕對時空觀：物理學(xué)的空間與時間是絕對分