第三章 狭义相对论09.3.18.pptVIP

固有时间最短用钟走的快慢来说:观察者把 相对于他运动的钟和自己的一系列静止的 钟对比,发现那只运动的钟慢了。 比如说, 地面上的两地时差? t =1秒, 那么运动的车厢上的原时? t’可能是 0.9秒。 即运动的钟走了 0.9秒对应于一系列 静止的钟走了1秒,运动的钟变慢了。 运动时钟变慢，从另一角度来说，就是 运动的钟 0.9秒比静止的钟的 0.9秒要长。 ……这称为时间延缓,或钟慢效应。 注意: 运动（走慢）的钟和静止的钟完全是结构一样的钟。 “走慢”是运动参考系中的时间节奏变慢了。 反映运动参考系中时间节奏的一切物理过程、 化学过程、生物过程……都变慢了。而 在 这 运动参考系中的 人毫无察觉、认为一切正常！ （各个惯性系都是平权的） 钟慢效应或时间延缓，完全是时间本身 与参考系的运动有关的 一种客观性质。 实际上到底有没有时间延缓效应？ 时间延缓早已被高能粒子的许多实验所证实。 例. 在大气上层九千米处,宇宙射线中有 ? - 介子, 速度约为 u = 2.99×108 m/s= 0.998c， ? - 介子在静止的参考系中,平均寿命为 2×10-6s，它会衰变为电子和中微子， 若没有时间延缓效应,它们从产生到衰变掉 的时间里，是根本不可能到达地面的实验室的： 我们记 （原时） △t ’= 2×10-6s 因为，它走过的距离只有 u△t’=2.99×108×2×10-6 = 600 m！ 但事实是, 介子到达了地面实验室！ 这可用时间延缓效应来解释： 在地面参考系S上看, ? -的寿命是两地时,记作△t 它比原时 2×10-6 s 约长16倍！ 将运动参考系S’建立在? -上, 按此寿命计算,它在这段时间里，在地面系走的距离为 u△t =2.994×108×3.16×10-5 = 9461 m （所以能到地面，与实验一致） 在高能物理的领域里, 相对论得到了大量实验的证实。 我们设想:某人在 u = 0.998c的高速宇宙飞船中渡过 了一天（他是在惯性系中,并没有感到什么不舒服）, 那么用地面惯性系中的一系列钟来测量, 同样道理,一定会发现他经历了16天！ 孪生子效应 哥哥坐高速飞船，回来时会比弟弟年轻。 能否用实验验证？ 实验值： 绕地球一周的 运动钟变慢： 203± 10ns 理论值： 运动钟变慢： 184 ± 23 ns 实验值和理论值 在误差范围内是 一致的。 1971年，美空军用两组Cs（铯）原子钟作实验。 实验验证了孪生子效应确实是存在的。 钟慢效应或时间延缓是一种相对效应: ？“到底哪个参考系的钟走慢了？” 反过来, S系也相对于S’系运动，S系中一个静止的 钟 C , 与 S’系中一系列钟相比，它也是变慢了呀！ S’系相对于S系运动, S’系的钟变慢了， ？弟弟与哥哥的地位是完全相对的， 弟弟看到哥哥年轻； 哥哥也应看到弟弟年轻呀！ 答：弟弟是惯性系。 ？哥哥有加速度，反过来弟弟也有加速度呀！ 答：有没有加速度（是不是惯性系）， 完全是可以由实验来测定的。 哥哥要绕回来与弟弟见面，哥哥有加速度， 是非惯性系。哥俩地位不是完全相对的。 应该用广义相对论来证明，结论是： 确实“哥哥更年轻”。 孪生子效应 解：①按地球上的钟，飞船即使以光速飞行，也需要4.3年。 ②按飞船的钟，在飞船上看， α 星到地球的距离， 例3-7、半人马座α 星是离我们太阳系最近的恒星，地面观察者测得其距离是 4.3?1016m（即4.3光年），现宇宙飞船以V＝0.99C的速度由地面飞往 α星 ①、按地球的钟，飞到 α 星要多长时间？②、按宇宙飞船上的钟，飞到?星要多长时间？ 关于相对论的时空效应，解题时应注意 1、弄清那些量是本征长度，或本征时间 2、关于： x’=k/(x – ut ) … k/＝常数， 考察任一点P，这样的两个量之间的关系可能具有这样的形式： 由于参照系间的变换是因相对运动而引起，而在Y、Z方向，S和S/系间无相对运动，故有 根据爱因斯坦相对性原理和时空均匀性，两个惯性系是等价的，这就要求它们之间的关系必须是线性的，于是只能取 x/=k/(x – ut )  x=k(x′+ut′) 确定系数K ,根据相对性原理 考虑一种简单情况 ，观察点Ｐ就在x轴上