爱因斯坦的飞马.ppt

“同时”的相对性 一个惯性系中的同时、同地事件，在其它惯性系 中必为同时事件；一个惯性系中的同时、异地事件，在其它惯性系 中必为不同时事件。 同时性概念是因参考系而异的，在一个惯性系中认为同时发生的两个事件，在另一惯性系中看来，不一定同时发生。同时性具有相对性。 狭义相对论时空观 举一个例子，一节长为10m的列车，A在车后部，B在车前部。当列车以0.6c的高速度通过一个站台的时候，突然站台上的人看到A先向B开枪，过了12.5毫微秒，B又向A发射。因而站台上的人作证：这场枪战是由A挑起的。但是，车上的乘客却提供相反的情况，他们说，是B先开枪，过了10毫微秒，A才动手，事件是由B发动的。 到底是谁先动手呢? 没有绝对的答案。在这个具体事件中、谁先谁后是有相对性的。在列车参考系中，B先A后，而在车站参考系中则是A先B后。 谁先动手？ 狭义相对论时空观 “同时”的相对性与因果律关系 谁先动手？ 如果事件的先后次序是相对的，那么会不会在某个参考系中能看到一个人的死亡早于他的诞生，一列火车的到达早于它的出发呢? 更一般地说，原因总是发生在结果之前，如果事件的次序能够颠倒，那不就出现结果在前原因在后的混乱吗? 狭义相对论时空观 在牛顿的物理学中，我们并不清楚两个事件具有因果关系的必要条件是什么。爱因斯坦物理学则表明，两个事件具有因果关系的必要条件是两者可以用等于或小于光速的信号联系起来。有因果关联的事件时序不变，无因果关联的事件才可能发生时序变化。 狭义相对论时空观 A和B并不满足这个必要条件(在十几个毫微秒时间内，光信号走不到10m远)，所以，A和B开枪动作并不是关联事件。所以其先后是相对的。 狭义相对论时空观 事件1：某天小孩甲在北京出生 事件2：第二天小孩乙在巴黎出生 事件1和事件2无因果关联。 事件1和事件2可能有因果关联，时序不变。 例2 事件1：某天小孩甲在北京出生； 事件2：0.03秒后小孩乙在巴黎出生； 事件1和事件2无因果关联，也不可能有因果关联，可能在某个飞船上的观察者看来，巴黎小孩先出生。 飞机由北京起飞； 飞机抵达巴黎； 例1 狭义相对论时空观 (2)时间量度的相对性 爱因斯坦对时间的基本洞察是，时间是物理的，是物理世界的一部分，而不是物理世界之外或超乎物理世界之上的。测量时间的工具称为钟，时间是人们在钟上测到的物理量。 利用光速不变性，我们可以设计一种雷达钟 ，以信号来回一次作为度量时间间隔的单位。 狭义相对论时空观 在甲看来，乙钟信号一个来回走的距离大于2d。可是，由于光速不变，无论甲钟或乙钟二者信号速度都是c，所以甲看到的现象是：当甲钟走过一个单位时间时，乙钟还没有来得及走完一个来回。甲的结论是：乙钟比我的钟慢了。同理，乙的结论是：甲钟比我的钟慢了。 (3)时间量度的相对性 狭义相对论时空观 (3)时间量度的相对性 相对于参考系静止的一个钟测得的同地事件的时间间隔称为原时。 在一切时间测量中，原时最短。从相对事件发生地运动的参考系中测量出的时间总比原时长（时间膨胀） 狭义相对论时空观 每个参考系中的观测者都会认为相对自己运动的钟比自己的钟走得慢（动钟变慢） 这就提出了一个有趣的问题，到底谁对谁错？ 两个观察结果都正确，这种情况不是由不准确的观察或不准确的钟引起的，而是时间本身的一种属性确定的。宇宙中并没有一个单一的“真实”的时间，并没有“普适的时间”。有的只是每个观察者自已的时间，各不相同的，这是由观察者的运动状态来决定的。 普遍的法则是：动钟变慢 原时最短 狭义相对论时空观 有一类青蛙，寿命为10天。一宇宙飞船以0.866C相对地面飞行，飞船上载有这类青蛙。 地面上的观察者认为飞船上的青蛙寿命是多少？ 飞船上的观察者认为地面上的青蛙寿命是多少？ 这就产生了一个有趣的问题，哪里的青蛙先死？ 当我们问“究竟哪里的青蛙先死时？”，我们没有说出来的埋藏在心底的信念仍然是，有一个普适的真实时间。但是请记住，并没有任何单一而普适的时间。相反的只是每个个体观察者的时间。 20天 例： 实际上飞船里的青蛙相对于地面的青蛙作匀速运动，永远无法相会，谁比谁活得久无法比较!! 狭义相对论时空观 例) 子衰变 宇宙射线和大气相互作用时能产生 介子衰变，在大气上层放出 子。这些 子的速度约为 0.998c，如果在实验室中测得静止 子的寿命为 ，试问，在8000 m 高空由 介子衰变放出的 子能否飞到地面？ 按照经典理论， 子飞行的距离为 显然， 子不能飞到地面。 解： 按照相对论理论，应该如何计算？ 狭义相对论时空观 按照相对论理论，地面参考系测得的 子的寿命应为： 在地面参考系看来， 子的飞行距离为 显然， 子可以飞到地面。 测量结果：到达地面的 子流为