第四章相对论基础.ppt

主要内容 一 绝对时空观（经典时空观） 爱因斯坦的狭义相对论基本原理 解题方法： 确定参考系及其相对运动速率 设定两个事件，写出已知量 应用洛仑兹变换，求出未知量 考察 中的一只钟 两事件发生在同一地点 观测时间 原时最短，动钟变慢 原时 a f e 0 . 弟 弟 . . 哥 哥 在S系中观察者总觉得相对于自己运动的 系 的钟较自己的钟走得慢。 a f e 0 . 弟 弟 . . 哥 哥 结论： 对本惯性系做相对运动的钟(或事物经历的过程）变慢 在 系中观察者总觉得相对于自己 运动的S系的钟较自己的钟走得慢。 从S系观测这两个事件所经历的时间间隔?t变大了－－时间膨胀（时间延缓效应）。 1 时间延缓效应是一种普遍的时空性质。（包括时钟和其他一切生长变化的进程） 2 时间延缓的程度根据公式和u有关（u《c即还原到经典力学） 3 时间延缓效应是相对的（和长度收缩一样），看运动参考系中的时钟慢了 例4、一飞船以3×103m/s的速率相对与地面匀速飞行。飞船上的钟走了10s,地面上的钟经过了多少时间？ 解： 飞船的时间膨胀效应实际上很难测出 狭义相对论时空观 1、相对于观测者运动的惯性系沿运动方向的长度对观测者来说收缩了。 2、相对于观测者运动的惯性系的时钟系统对观测者来说变慢了。 3、长度收缩和时间膨胀效应是时间和空间的基本属性之一，与具体的物质属性或物理过程的机理无关。 4、没有“绝对”的时间、“绝对”的空间。长度收缩和时间的膨胀是相对的。 ?狭义相对论时空观认为： 时间、空间、运动三者是不可分割地联系着；时间、空间的度量是相对的。不同的惯性系没有共同的同时性，没有相同的时间、空间度量。狭义相对论时空观反映在洛仑兹变换之中。 作业：P122 4----7, 12 火 车 b a u 隧 道 B A 矛盾？ 例4. 一火车以恒定速度通过隧道，火车和隧道的静长是相等的。从地面上看，当火车的前端a到达隧道的A端的同时，隧道的B端发出一道闪电。试问此闪电能否在火车的b端留下痕迹？ 例3：在惯性系S中，相距?x=5?106m的两个地方发生两个事件，时间间隔?t=10-2s；而在相对于S系沿x轴正向匀速运动的S系中观测到这两事件却 是同时发生的，试求：S系中发生这两事件的地点间的距离?x。 解：设S系相对于S系的速度大小为u。 三、 洛仑兹速度变换式 由洛仑兹变换知 洛仑兹速度变换式 逆变换 正变换 一维洛仑兹速度变换式 例题3：设想一飞船以0.80c 的速度在地球上空飞行 如果这时从飞船上沿速度方向发射一物体，物体 相对飞船速度为0.90c 。 问：从地面上看，物体速度多大？ s 解：选飞船参考系为S系 地面参考系为S系 例题4-4 在太阳参考系中观察，一束星光垂直射向地面，速率为c，而地球以速率u垂直于光线运动。求在地面上测量，这束星光的速度大小和方向 解：以太阳为S系，以地球为S’系（地球是运动参考系） 已知： 求： 洛仑兹坐标和速度变换公式 作业：P122 4----2,4,5 4-3 狭义相对论的时空观 一、同时的相对性 由洛仑兹变换看同时性的相对性 事件1 事件2 两事件 同时发生 ？ S Einstein train S 地面参考系 在火车上 分别放置信号接收器 发一光信号 中点 放置光信号发生器 实验装置 以爱因斯坦火车为例 研究的问题 两事件发生的时间间隔 发一光信号 事件1 接收到闪光 事件2 接收到闪光 发出的闪光 光速为 同时接收到光信号 事件1、事件2 同时发生 事件1、事件2 不同时发生 事件1先发生 处闪光 光速也为 系中的观察者又如何看呢？ 随 运动 迎着光 比 早接收到光 事件1 接收到闪光 事件2 接收到闪光 同时性的相对性 在一个惯性系的不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系是不同时的。 用洛仑兹变换式导出 例1：在惯性系S中，观察到两个事件同时发生在x轴上，其间距是1m，而在S系中观察这两事件之间的距离是2m。试求：S系中这两事件的时间间隔。 解：S系中?t=0， ?x=1m 。 时间间隔很短，基本测量不出来 例：地球上，在甲地 x1 处 时刻 t1 出生一小孩甲；在乙地 x2 处 时刻 t2 出生一小孩乙。两小孩的出生完全是两独立事件。 · 若甲乙两地相距 x2 - x1 = 3000公里， t2 - t1 = 0.006秒，即甲先乙后。甲---哥/姐, 乙---弟/妹 ·飞船上看, ★若u = 0.6c, 可得t ?2 - t ?1 =0, 甲乙同时出生， 不分哥弟/姐妹 ★若u = 0.8c可得t ?2 - t ?1 0,甲后乙先。 甲－弟/妹 乙－哥/姐 时序倒了! 在 S 系中