1、狹義相對論,西華師范大學(xué)重點建設(shè)課程,第六章第三節(jié),相對論時空理論,3 相對論時空理論,一 相對論時空結(jié)構(gòu),1、光錐- 間隔分類的幾何意義,機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束,二 因果律和相互作用的最大傳播速度,有因果關(guān)系的事件之間可用光和小于光速的信號聯(lián)系，發(fā)生于光錐之內(nèi)。事件先后順序在各個參考系都不會改變。這是因果律成立的必要條件。,1、相對論時空理論不破壞因果律,2、相互作用的最大傳播速度,機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束,三 同時的相對性,1、同時同地事件,結(jié)論：同時同地兩事件，在任何慣性系中仍是同時同地事件,2、同地不時同事件,結(jié)論：同地不同時兩事件， 在其他慣性系中一般為不同地不

2、 同時事件，但時間順序不會顛倒，即因果律不變。,3、同時不同地事件,結(jié)論：同時不同地兩事件，在其他慣性系中一般為不同時、不 同地事件 。,同時的相對性：不同的慣性系時間不再統(tǒng)一，否定了絕對時空,機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束,結(jié)論：有因果關(guān)系的事情在任何慣性系都不會改變。,例：在系中觀測石家莊和北京在同一時刻出生了兩個小孩，在系（如坐飛船，v 接近光速）觀測結(jié)果如何？又:一個生孩子的過程在不同慣性系的觀測結(jié)果如何？,飛船從石家莊北京,北京的小孩先出生。,飛船從北京石家莊,北京的小孩后出生。, 討論生孩子的過程,出生開始為P1，結(jié)束為P2，,出生過程在任何慣性系都不會顛 倒，但過程的時間間隔

3、不同。,(1)從飛船上觀測,機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束,四 洛倫茲變換下的速度變換公式,伽利略速度變換：,機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束,分 析,機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束,二 長度收縮 ( length contraction ), 根據(jù)經(jīng)典理論：,1.運動長度收縮, 根據(jù)相對論理論：,在同一時刻測量長度,結(jié)論:運動尺子長度沿運 動方向收縮。,機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束,若尺子放在 系中，,例如：一汽車,若速度,若速度,機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束,思考問題,考慮到尾端的推進，應(yīng)為,機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束,三 時間延緩（time dilation

4、）, 根據(jù)經(jīng)典理論：, 根據(jù)相對論理論：,固有時（原時）,因相對觀察者運動的鐘比靜止的鐘走得慢，該效應(yīng)又稱運動時鐘減慢效應(yīng)。,機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束, 在不同慣性系中測量給定兩事件之間的時間間隔，測,得的結(jié)果以原時最短。,討論, 從狹義相對論的基本假設(shè)，可直接導(dǎo)出時間延緩效應(yīng),經(jīng)歷的時間,測量的時間,可導(dǎo)出測量時間為,機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束, 愛因斯坦延緩 運動參考系中的時間節(jié)奏變緩了。在其中，,一切物理過程、化學(xué)過程、乃至觀測者自己的生命節(jié)奏都變緩。, 對于狹義相對論愛因斯坦延緩是相對的。,機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束,例3,子是1936年由安德森（C. D.

5、Anderson）等人在宇宙線,中發(fā)現(xiàn)的。它可自發(fā)的衰變?yōu)橐粋€電子和兩個中微子。 自發(fā)衰,變的平均壽命,子。,地球上層大氣中時，會形成豐富的,，當高能宇宙射線質(zhì)子進入,在離地面,高空產(chǎn)生的,設(shè)來自太空的宇宙線,子，可否在衰變前到達地面？,已知,子相對于地球的運動速率為,粒子壽命內(nèi)，S 系運動距離,機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束, 孿生子效應(yīng)（孿生子佯謬）簡介,明明,亮亮,亮亮,亮亮,明明,究竟誰年輕？,1 具有加速度，超出了狹義相對論的理論范圍。,相對于慣性系轉(zhuǎn)速越大的鐘走得越慢與孿生子效應(yīng)一致。,機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束,解：先求尺的固有長度 ，由尺縮,（3）求 測到的尺長，由

6、尺長收縮,例4：在 系中測得一直尺長度為 ，運動速度為 ，方向沿 正向。而 相對 以v沿x正向運動。問在 系中測到的尺長是多少？,（2）再求尺相對 的速度 ，尺相對 系的速度為 。利用反變換：,機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束,例5：設(shè)某物體內(nèi)部由兩事件P1和P2 發(fā)生。在系的觀察者測到該物體以速度u0 沿x正向運動， P1、 P2 發(fā)生的時間間隔為t。今有系相對以速度v沿x反方向運動，則P1、 P2 兩事件的固有時間間隔為多少？在系測得的P1、 P2兩事件的時間間隔為多少？,機動 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束,作為課堂練習(xí),答案,習(xí)題： P290：2、3、5、6、7、8、9,思考題2： 一個人扛一個固有長度為L的梯子，以相對地面速度v沖進一個固有長度為L的廠房。當梯子末端剛進廠