大學(xué)物理相對論.ppt

1、第三章 相 對 論,（第二講）,1,1.相對性原理 所有物理規(guī)律在一切慣性系中都具有形式相同。 （所有慣性系都是平權(quán)的，在它們之中所有物理規(guī)律都一樣。） 2.光速不變原理 在一切慣性系中，光在真空中的速率恒為c ，與光源的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。,一、 狹義相對論的兩條基本原理,前節(jié)回顧,2,二、洛侖茲變換,前節(jié)回顧,3,三、洛侖茲速度變換,逆變換,正變換,前節(jié)回顧,4,四、洛侖茲速度變換,一維洛侖茲速度變換式,前節(jié)回顧,5,一、同時的相對性,6-3 狹義相對論的時空觀,事件1,事件2,兩事件同時發(fā)生,？,6,一、同時的相對性,6-3 狹義相對論的時空觀,S Einstein train,S 地面參考系

2、,在火車上,分別放置信號接收器,發(fā)一光信號,中點(diǎn),放置光信號發(fā)生器,以愛因斯坦火車為例,7,6-3 狹義相對論的時空觀愛因斯坦火車,研究的問題 兩事件發(fā)生的時間間隔,發(fā)一光信號,事件1,接收到閃光,事件2,接收到閃光,發(fā)出的閃光,光速為,同時接收到光信號,8,6-3 狹義相對論的時空觀愛因斯坦火車,事件1、事件2 不同時發(fā)生,事件1先發(fā)生,處閃光,光速也為,系中的觀察者又如何看呢？,迎著光,比 早接收到光,事件1,接收到閃光,事件2,接收到閃光,9,6-3 狹義相對論的時空觀愛因斯坦火車,同時性的相對性,在一個慣性系的不同地點(diǎn)同時發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性系是不同時的。,用洛侖茲變換式導(dǎo)出,

3、10,6-3 狹義相對論的時空觀,例1：在慣性系S中，觀察到兩個事件同時發(fā)生在x軸上，其間距是1m，而在S系中觀察這兩事件之間的距離是2m。試求：S系中這兩事件的時間間隔。,S系中t=0，x=1m,解：,11,6-3 狹義相對論的時空觀,例1：在慣性系S中，觀察到兩個事件同時發(fā)生在x軸上，其間距是1m，而在S系中觀察這兩事件之間的距離是2m。試求：S系中這兩事件的時間間隔。,S系中t=0，x=1m,解：,12,6-3 狹義相對論的時空觀,棒靜止在S系中,S系測得棒的長度值是什么呢？,長度測量的定義 對物體兩端坐標(biāo)的同時測量，兩端坐標(biāo)之差就是物體長度。,動長（測量長度）,13,6-3 狹義相對論

4、的時空觀,事件1：測棒的左端 事件2：測棒的右端,由洛侖茲變換,運(yùn)動的棒變短,14,6-3 狹義相對論的時空觀,二.長度的相對性,1、相對效應(yīng),討論,在S中的觀察者,在S中的觀察者,15,6-3 狹義相對論的時空觀,二.長度的相對性,討論,2、 縱向效應(yīng),3、在低速下 伽利略變換,在兩參考系內(nèi)測量的縱向（與運(yùn)動方向垂直）的長度是一樣的。,16,6-3 狹義相對論的時空觀,例2、原長為10m的飛船以u3103m/s的速率相對于地面勻速飛行時，從地面上測量，它的長度是多少？,解：,17,6-3 狹義相對論的時空觀,討論,例3：一根直桿在S系中，其靜止長度為l，與x軸的夾角為。試求：在S系中的長度和

5、它與x軸的夾角。兩慣性系相對運(yùn)動速度為u。,解：,方向,18,6-3 狹義相對論的時空觀,在某系中，同一地點(diǎn)先后發(fā)生的兩個事件的時間間隔(同一只鐘測量)，與另一系中，在兩個地點(diǎn)的這兩個事件的時間間隔(兩只鐘分別測量)的關(guān)系。,固有時間,一個物理過程用相對于它靜止的慣性系上的標(biāo)準(zhǔn)時鐘測量到的時間（原時）。用 表示。,一個物理過程用相對于它運(yùn)動的慣性系上的標(biāo)準(zhǔn)時鐘測量到的時間（兩地時）。用t 表示。,觀測時間,19,6-3 狹義相對論的時空觀,花開事件：,花謝事件：,（壽命）,在S系中觀察者測量花的壽命是多少？,20,6-3 狹義相對論的時空觀,兩事件發(fā)生在同一地點(diǎn),觀測時間,原時,原時最短，動鐘

6、變慢。,21,6-3 狹義相對論的時空觀,在S系中觀察者總覺得相對于自己運(yùn)動的 系 的鐘較自己的鐘走得慢。,22,6-3 狹義相對論的時空觀,結(jié)論： 相對本慣性系做相對運(yùn)動的鐘（或事物經(jīng)歷的過程）變慢。,在 系中觀察者總覺得相對于自己運(yùn)動的S系的鐘較自己的鐘走得慢。,雙生子效應(yīng),23,6-3 狹義相對論的時空觀,即：S系測得的時間要長些，說明S系上的鐘“走慢了”。,24,6-3 狹義相對論的時空觀,例4、一飛船以u=9103m/s的速率相對于地面勻速飛行。飛船上的鐘走了5s, 地面上的鐘經(jīng)過了多少時間？,思路：飛船上的鐘走了5s，為固有時間，地面上的鐘經(jīng)過的時間為運(yùn)動時間。,25,6-3 狹義

7、相對論的時空觀,由因果律聯(lián)系的兩事件的時序是否會顛倒？,四、因果關(guān)系,時序: 兩個事件發(fā)生的時間順序。,在S中：是否能發(fā)生先鳥死，后開槍？,在S中：先開槍，后鳥死,26,6-3 狹義相對論的時空觀,四、因果關(guān)系,子彈速度,信號傳遞速度,所以由因果率聯(lián)系的兩事件的時序不會顛倒。,在S系中：,在S系中：仍然是開槍在前，鳥死在后。,27,6-3 狹義相對論的時空觀,狹義相對論時空觀,1、相對于觀測者運(yùn)動的慣性系沿運(yùn)動方向的長度 對觀測者來說收縮了。,2、相對于觀測者運(yùn)動的慣性系的時鐘系統(tǒng)對觀測者 來說變慢了。,3、長度收縮和時間膨脹效應(yīng)是時間和空間的基本 屬性之一，與具體的物質(zhì)屬性或物理過程的機(jī) 理

8、無關(guān)。,4、沒有“絕對”的時間、“絕對”的空間。 長度收縮和時間的膨脹是相對的。,28,6-3 狹義相對論的時空觀,u,在地面參照系S中測量，火車長度要縮短。但隧道的B端與火車b端相遇這一事件與隧道A端發(fā)生閃電的事件不是同時的，而是B端先與b端相遇，而后A處發(fā)生閃電，當(dāng)A端發(fā)生閃電時，火車的a端已進(jìn)入隧道內(nèi)，所以閃電仍不能擊中a端。,29,6-3 狹義相對論的時空觀,隧道B端與火車b端相遇這一事件與A端發(fā)生閃電事件的時間差t 為,隧道B端與火車b端相遇時，火車露在隧道外面的長度為,30,6-3 狹義相對論的時空觀,*相對論時鐘延緩和長度收縮的近代實驗驗證,不穩(wěn)定的基本粒子（如m 、 p粒子）產(chǎn)

9、生后經(jīng)一定時間自動衰變?yōu)槠渌Ｗ印?這些粒子在它們自身的慣性系中有各自確定的平均壽命，稱固有壽命t 。,31,6-3 狹義相對論的時空觀,例6、+介子固有壽命為2.610-8s, 在高能加速器中+介子獲得0.75c的速度,實驗室測得+介子在衰變前通過的距離是多少？,2、若考慮相對論效應(yīng)，則有,3、實驗室測得結(jié)果：,解：1、若不考慮相對論效應(yīng)，則有,32,6-3 狹義相對論的時空觀,例8：半人馬星座a星是距太陽最近的恒星，它距地球 ,設(shè)有一宇宙飛船自地球飛到該星，飛船對地速度v=0.99c，地球上的鐘測得多少年？若以飛船上的鐘計算，又為多少年？,解：以地球上的鐘計算：,33,6-3 狹義相對論的時空觀,例8：半人馬星座a星是距太