高等教育大学课件 《相对论》 狭义相对论.ppt

§2 狭义相对论的基本假设 二.爱因斯坦的狭义相对论基本假设 一、同时性的相对性 二.时间膨胀 运动时钟变慢 在两个惯性系中比较：两个事件的时间间隔。 在某系中，同一地点先后发生的两个事件的 时间间隔(用一只钟即可测量) ，与另一系中 的这两个事件（不同地点）的时间间隔(必须用 两只钟分别测量)的关系。 研究的问题是： 2.原时最短 时间膨胀 1.原时：在某一参考系中，同一地点先后发生的 两个事件的时间间隔叫原时（固有时，本征时间 间隔）,用t表示；或单钟测量的时间间隔。 1）设两事件1、2发生在 系中同一地点x’1=x’2 处 （为两地时） （原时） 两地时：与原时对应的两事件在另一参考系中，发生于不同地点，该两个事件的时间间隔；或必须用两只钟测量的时间间隔。 即 S系中观察者测得两事件位于不同地点x1=x2 其时间间隔 由洛仑兹逆变换 原时最短 ? ? 1 2. S’系中两事件发生于不同位置x’1、x’2 设两事件1、2发生于S系中同一地点x1=x2处， 则其测得的时间间隔为固有时间间隔t=t2-t1 其测得的时间间隔为两地时 则 原时最短 ? 运动时钟变慢效应是时间本身的客观特征 ? 原时（固有时）最短 讨论 ?运动的钟变慢（动钟变缓） ?与钟相对于观察者的运动方向无关 走得慢 · S’ x’ x’1 t’1 t · S’ x’ x’1 t’2 · · gt S x x1 x2 t1 t2 总之，若甲、乙有相对运动，那么甲认为乙的钟变慢了，乙认为甲的钟也变慢了（对称性），他们都看到对方的钟变慢了。在甲看来，不仅乙的钟变慢了，而且有关乙的一切能描述时间流逝的过程，比如生物的新陈代谢，放射性元素的衰变以及动物寿命等等，都完全一致地变慢了。时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的进程。 三.长度收缩（length contraction） 对运动长度的测量问题 怎么测？ 同时测 1.原长:棒静止时测得的它的长度,也称静长（固有长度、本征长度）,用l0表示 棒静止在 系中 l0:静长 棒静止在 系中 l0为静长 棒以极高的速度相对S系运动 S系测得棒的长度值是什么呢？ 事件1：测棒的左端 事件2：测棒的右端 同时测的条件是必要的 相应的时空坐标 事件1：测棒的左端 事件2：测棒的右端 2.原长最长 由洛仑兹变换 事件2： 测棒的右端 3.棒静止于S系中（S’同时测） 事件1： 测棒的左端 ? 相对论效应,在低速下 ?l=l0 讨论 由洛仑兹变换 ?固有长度是最长的，运动长度收缩（尺缩） ?被测长度仅沿运动方向收缩，垂直于运动方向无收缩 ? 同时的相对性的直接结果 例：如图，设惯性系S’相对于惯性系S以匀速u=c/3沿x轴方向运动，在S’系中的x’o’y’平面内静置一长为5m，并与x’轴成30?角的杆。试问在S系中观察此杆的长度和杆与x轴的夹角为多大? 30? l0 l’x l’y u x’ o’ y’ S’ S O x 解： 在S’系中，杆长为固有长度l0，杆长在x’、y’轴的投影分别为: 由于S’系与S系仅在x轴方向有相对运动，故在S系中，杆在x方向的投影lx相对于l’x有收缩为： 而在y方向投影无变化，故： 故在S系中测得杆长为： 30? l0 l’x l’y u x’ o’ y’ S’ S O x 与x轴夹角: 即在S系中观察到这根高速运动的杆长度要缩短，空间方位也随之变化 30? l0 l’x l’y u x’ o’ y’ S’ S O x 胡其图测量运动物体的长度（相对论） 胡其图迈克耳逊-莫雷实验（相对论） 胡其图运动长度：测量方法 * 千禧之年，加拿大的《环球邮报》请世界各国的读者评选，从公元1001年至今，1000年来对整个世界影响最大的100位名人。 比尔· 盖茨？ 莎士比亚？ NO！ NO！ NO! 拿破仑？ 成吉思汗？ NO！ 现代时空的创始人 二十世纪的哥白尼 爱因斯坦: Einstein 杰出的物理学对人类社会进步的影响，被全世界公认！ 是！ 爱因斯坦 20世纪最伟大的物理学家，1879年3月14日出生于德国乌尔姆，1900年毕业于瑞士苏黎世联邦工业大学。1905年，爱因斯坦在科学史上创造了史无前例的奇迹。这一年的3月到9月半年中，利用业余时间发表了 6 篇论文，在物理学 3 个领域作出了具有划时代意义的贡献 — 创建了光量子理论、狭义相对论和分子运动论，对现代物理学的发展产生了及其重大的影响 。 爱因斯坦在1915年到1917年的3年中，还在 3 个不同领域做出了历史性的杰出贡献 — 建成了广义相对论、辐射量子理论和现代科学的宇宙论。 爱因斯坦获得 1921 年的诺贝尔物理学奖 1955年 ，伟大的物理学家爱因斯坦，