§154几个重要的狭义相对论效应.ppt

* 太原理工大学物理系 §15-4 几个重要的狭义相对论效应 经典力学　　　　 　 相对论 时间独立于空间　　　　 “同时”的相对性 长度测量与参考系无关　　 长度收缩 经典力学与狭义相对论时空观对照 时间测量与参考系无关　　 时间膨胀 用洛仑兹变换讨论相对论的时空问题 事件A ：A接收器接收到光信号. 事件B ：B接收器接收到光信号. 在某惯性系中同时发生于不同地点的两个事件,在另一相对运动惯性系中不一定同时发生. 一、同时的相对性 A B 事件B 系(车厢参考系 ) S 系(地面参考系 ) 事件A 如在 S中不同地点同时发生两事件A、B 讨论：S′ 中看，此二事件是否同时发生? 由洛仑兹时间变换 得 即 1.同时性的相对性 S中不同地点同时发生两事件A、B S′中两事件不同时发生，称同时性的相对性。 S′系事件B先于事件A发生。 S S? · · x1 x2 运动前方的事件早发生。 若x2 x1，则 若S中两事件同时、同地发生 即 t2 = t1 ， x2 = x1 2.时序的相对性 则有 t2′ - t1′ = 0 说明在S′中看两事件也同时发生。 S中看：如 A先发生，B后发生,即 S′中看：根据 和u的不同值，就会有三种不同情况. 1) t2′ - t1′0，即t2′ t1′， A先B后(正序) 2) t2′ - t1′=0，即t2′ = t1′， A、B (同时) 3) t2′ - t1′0，即t2′ t1′， A后B先(倒序) 说明在S 中看来，时间顺序有可能颠倒过来。 例1 地球上，在甲地x1处时刻t1 小孩甲出生，在乙地x2处时刻t2小孩乙出生,甲、乙的出生完全是两独立事件。 甲 乙 · · x1 x2 S 若甲乙两地相距 x2 - x1 = 3000公里 设t2 - t1 = 0.006秒，即甲先乙后 地球上看甲---哥， 乙---弟 若飞船的速度u = 0.6c可得t ?2 - t ?1 =0，甲乙同时出生不分哥弟； 若u = 0.8c可得t ?2 - t ?1 0，甲后乙先。从飞船上看，甲---弟，乙---哥，时序颠倒了。 从地球（S系）上看 从飞船上（s′系）看 由相对论变换，会不会得到如此情况: 问题1 子弹先打到靶上而后出枪口? 问题2 儿子先出生而爸爸后出生? 若两事件有因果关系，时序是不会颠倒的。 S中：若t2 - t1 0，即事件A---因(先), B---果(后) 3.因果关系的绝对性 信号速度 令 即事件A发生后，发出一信号，经(t2 - t1)时间传播(x2 - x1)距离到达B处，触发事件B发生. 因为u c， u ′ c ， 由 结论：有因果关系的事件，时序不会颠倒，因果关系不变. 有 t ?2 - t ?1 和 t2 - t1 同号，S?中和S中时序相同。 1）甲起床后打电话叫乙起床，不管在哪个参考系看，都是甲先而乙后起床. 2）某人的兄弟、姊妹不管在哪个参考系看来，次序不变. 例如： 二、长度收缩效应 事件A：测量左端的坐标 事件B：测量右端的坐标 事件B 系（车子参考系） S 系(地面参考系） 事件A S ?中：棒静止沿x ?轴放置，本征长度 S 中：棒长 S系中必须同时测两端 ，所以 t2 = t1 由洛仑兹变换 本征长度最长 3）洛伦兹收缩: 运动物体在运动方向上长度收缩. 1）长度收缩是一种相对效应, 此结果反之亦然.并非是杆的密度发生变化. 注意 2）当 时， 例1 一长为 1 m 的棒静止地放在 平面内，在S′系的观察者测得此棒与o′x′轴成 角，试问从 S 系的观察者来看，此棒的长度以及棒与 Ox 轴的夹角是多少？设想S′系相对 S 系的运动速度 在S系 解：在 系 三、时间膨胀效应 系两事件发生于同一地点 在S系中观测两事件的 事件A：发射一光信号 事件B：接受一光信号 时间间隔 事件B 系（车子参考系） S 系(地面参考系） 事件A 时间间隔 本征时间：同一地点发生的两事件的时间间隔. 时间延缓：运动的钟走得慢. 本征时间或称固有时间用?表示 1）时间延缓是一种相对效应 . 2）时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的进程.（例如新陈代谢、放射性的衰变、寿命等.） 注意 3）当 时， 幾米：一分钟有时很长，有时候又很短。 时间相对性与长度相对性的关系 问：在