13.4 狭义相对论的时空观

13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版1长度的测量和同时性概念密切相关．一长度的收缩(动尺变短)xyozs1'x2'x0l'y'xv'o'z's1x2x棒沿轴对系静止放置,在系中同时测得两端坐标21,xxxOSS13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版2120xxl则棒的固有长度为固有长度：物体相对静止时所测得的长度.（最长）问在S系中测得棒有多长?xyozs1'x2'x0l'y'xv'o'z's1x2x13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版322121201)()(ctxtxxxlvvv设在S系中某时刻t同时测得棒两端坐标为x1、x2，则S系中测得棒长l=x2-x1，l与l0的关系为：22221211clcxxvv13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版4结论长度具有相对意义讨论2201cllv1长度收缩ll0V2如将物体固定于系,由系测量,同样出现长度收缩现象.SS物体在运动方向上长度收缩.13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版5例1设想有一光子火箭，相对于地球以速率直线飞行，若以火箭为参考系测得火箭长度为15m，问以地球为参考系，此火箭有多长？c95.0vs's火箭参照系地面参照系m150lvx'xy'yo'o13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版6解固有长度llm150运动长度21llm68.4m95.01152lS火箭参照系S地面参照系13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版7二时间的延缓(动钟变慢)13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版8'yx'xyvo'os'sdB12369)','(1tx发射光信号)','(2tx接受光信号cdttt2Δ12时间间隔s'系同一地点B发生两事件13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版9xyosd12369123691x2x12369在S系中观测两事件),(),,(2211txtx)(211cxttv)(222cxttv)Δ'Δ(Δ2cxttv'ΔΔ12tttt0x21tt13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版10xyosd12369123691x2x12369'yx'xyvo'os'sdB1236921tt固有时间：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.0Δ'ΔΔttt13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版113时，.cvttΔΔ1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13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版12狭义相对论的时空观(1)两个事件在不同的惯性系看来，它们的空间关系是相对的，时间关系也是相对的，只有将空间和时间联系在一起才有意义.(2)时—空不互相独立，而是不可分割的整体.(3)光速C是建立不同惯性系间时空变换的纽带.13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版13例2设想一光子火箭以速率相对地球作直线运动，火箭上宇航员的计时器记录他观测星云用去10min,则地球上的观察者测此事用去多少时间？c.950vmin01.32min95.01101'ΔΔ22tt运动的钟似乎走慢了.min10'Δt解设火箭为系、地球为S系S13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版14事件1:车厢后壁接收器接收到光信号.事件2:车厢前壁接收器接收到光信号.三同时的相对性(FLASH)13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版15S系(地面参考系)事件2),,,(2222tzyx),,,(1111tzyx事件1设S系中x1、x2两处发生两事件,时间间隔为.问S′系中这两事件发生的时间间隔是多少？12Δttt1Δttt2'x'y'o12xyov12369123691236913.4狭义相对论的时空观大学物理第一版16)',',','(1111tzyx系(车厢参考系))',',','(2222tzyxS'221ΔΔΔxcttv在一个惯性系同时发生的两个事件，在另一个惯性系是否同时?v'x'y'o12123691236913.4狭义相对论的时空观大学物理第一版17讨论221ΔΔ'Δxcttv------不同时------不同时2同地不同时0Δ0Δtx1同时不同地0Δ0ΔtxS系S′系13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版18------同时------不同时3同时同地0Δ0Δtx4不同时不同地0Δ0Δtx讨论221ΔΔ'ΔxcttvS系S′系时-------同时xct25v13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版19结论同时性具有相对意义沿两个惯性系运动方向，不同地点发生的两个事件，在其中一个惯性系中是同时的，在另一惯性系中观察则不同时，所以同时具有相对意义；只有在同一地点，同一时刻发生的两个事件，在其他惯性系中观察也是同时的.13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版20例地球上,在甲地x1处时刻t1出生一小孩小甲,在乙地x2处时刻t2出生一小孩小乙,两小孩的出生完全是两独立事件。甲乙··x1x2S·若甲乙两地相距x2-x1=3000公里，t2-t1=0.006秒,即甲先乙后甲---哥,乙---弟13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版21·飞船上看,★若u=0.6c,可得t2-t1=0,甲乙同时出生。★若u=0.8c可得t2-t10,甲后乙先时序倒了!2uttxc2)/(11cu不分哥弟甲---弟乙---哥13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版22因果关系的绝对性·S中:若事件1---因(先),2---果(后),即t2-t10t2-t1=t2-t1-(x2-x1)uc21-2t2-t1=1-2t2-t1[1-]uc2x2-x1t2-t1s=x2-x1t2-t1信号速度sct2-t1和t2-t1同号S中和S中时序相同。有因果关系的事件时序不会颠倒因果关系不变。13.4狭义相对论的时空观大学物理第一版23孪生子效应(twineffect)设想：一对年华正茂的孪生兄弟,哥哥告别弟弟,登上访问牛郎织女的旅程。归来时,阿哥仍是风度翩翩一少年,而迎接他的胞弟却是白发苍苍一老翁了,真是“天上方七日,地上已千年”。1)这样的现象能够发生•Cs原子钟证明：1971年美国空军将Cs原子钟放在飞机上,沿赤道向东和向西绕地球一周。回到原处后,分别比静止在地面上的钟慢59ns和快273ns(1ns=10-9s)。结论：相对于一惯性系的加速度越大的钟，走得越慢。与上述孪生子问题所预期的效应一致。