大學(xué)物理學(xué)教程（第二版）下冊(cè)：15-3 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀

1、第十八章狹義第十八章狹義 相對(duì)論相對(duì)論 第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論 物理學(xué)教程物理學(xué)教程 （第二版）（第二版） 15 - 3 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀狹義相對(duì)論的時(shí)空觀 一一 同時(shí)的相對(duì)性同時(shí)的相對(duì)性 事件事件 1 ：車廂：車廂后后壁接收器接收到光信號(hào)壁接收器接收到光信號(hào). 事件事件 2 ：車廂：車廂前前壁接收器接收到光信號(hào)壁接收器接收到光信號(hào). 第十八章狹義第十八章狹義 相對(duì)論相對(duì)論 第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論 物理學(xué)教程物理學(xué)教程 （第二版）（第二版） 15 - 3 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀狹義相對(duì)論的時(shí)空觀 2 2 1 x c t t v 0 1 2 2 x c v 0

2、12 ttt 0 12 xxx 同時(shí)同時(shí) 不同地不同地 事件事件 2 ),( 1111 tzyx ),( 2222 tzyx 系系 (車廂參考系車廂參考系 )S 系系 ( 地面參考系地面參考系 ) ),( 1111 tzyx事件事件 1 ),( 2222 tzyx S v x y O 12 12 3 6 9 12 3 6 9 x y O 12 x y O v 12 3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9 第十八章狹義第十八章狹義 相對(duì)論相對(duì)論 第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論 物理學(xué)教程物理學(xué)教程 （第二版）（第二版） 15 - 3 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀狹義相對(duì)論的時(shí)空觀 結(jié)論結(jié)

3、論 ：沿兩個(gè)慣性系運(yùn)動(dòng)方向，沿兩個(gè)慣性系運(yùn)動(dòng)方向，不同地點(diǎn)不同地點(diǎn)發(fā)生發(fā)生 的兩個(gè)事件，在其中一個(gè)慣性系中是的兩個(gè)事件，在其中一個(gè)慣性系中是同時(shí)同時(shí)的，的， 在另在另 一慣性系中觀察則一慣性系中觀察則不同時(shí)不同時(shí)，所以同時(shí)具有，所以同時(shí)具有相對(duì)相對(duì)意義；意義； 只有在只有在同一地點(diǎn)、同一地點(diǎn)、 同一同一時(shí)刻發(fā)生的兩個(gè)事件，在其時(shí)刻發(fā)生的兩個(gè)事件，在其 他慣性系中觀察才是他慣性系中觀察才是同時(shí)同時(shí)的的 . 0 12 ttt0 12 xxx 0 1 2 2 x c t t v 在在 S 系系 在在 系系同時(shí)同地同時(shí)同地 發(fā)生的兩事件發(fā)生的兩事件 S 此結(jié)果反之亦然此結(jié)果反之亦然 . 注意注意 x

4、y O 12 x y O v 12 3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9 第十八章狹義第十八章狹義 相對(duì)論相對(duì)論 第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論 物理學(xué)教程物理學(xué)教程 （第二版）（第二版） 15 - 3 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀狹義相對(duì)論的時(shí)空觀 二二 長(zhǎng)度的收縮長(zhǎng)度的收縮 x y O z s 標(biāo)尺相對(duì)標(biāo)尺相對(duì) 系靜止系靜止s 2 11 1 1 tx x v 2 22 2 1 tx x v 2 12 12 1 xx xx 12 xxl 在在 S 系中測(cè)量系中測(cè)量 測(cè)量為兩個(gè)事件測(cè)量為兩個(gè)事件),(),( 2211 txtx要求要求 21 tt 1 x 2 x 0

5、 l y x v O z s 1 x 2 x 120 lxxl 在在 系中測(cè)量系中測(cè)量s 第十八章狹義第十八章狹義 相對(duì)論相對(duì)論 第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論 物理學(xué)教程物理學(xué)教程 （第二版）（第二版） 15 - 3 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀狹義相對(duì)論的時(shí)空觀 0 2 1lll 固有固有長(zhǎng)度長(zhǎng)度 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) . 1 0 ll 固有固有長(zhǎng)度：物體相對(duì)靜止時(shí)所測(cè)得的長(zhǎng)度長(zhǎng)度：物體相對(duì)靜止時(shí)所測(cè)得的長(zhǎng)度 .（最長(zhǎng)最長(zhǎng)） 洛倫茲收縮洛倫茲收縮: 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)物體在運(yùn)動(dòng)方向上長(zhǎng)度物體在運(yùn)動(dòng)方向上長(zhǎng)度收縮收縮 . 2 12 12 1 xx xx 120 lxxl 12 xxl 長(zhǎng)度收縮是一種長(zhǎng)度收縮是一

6、種相對(duì)相對(duì)效應(yīng)效應(yīng), 此結(jié)果反之亦然此結(jié)果反之亦然 . 注意注意 x y O z s 1 x 2 x 0 l y x v O z s 1 x 2 x 第十八章狹義第十八章狹義 相對(duì)論相對(duì)論 第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論 物理學(xué)教程物理學(xué)教程 （第二版）（第二版） 15 - 3 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀狹義相對(duì)論的時(shí)空觀 例例1 設(shè)想有一光子火箭，設(shè)想有一光子火箭， 相對(duì)于地球以速相對(duì)于地球以速 率率 飛行，若以火箭為參考系測(cè)得火箭長(zhǎng)飛行，若以火箭為參考系測(cè)得火箭長(zhǎng) 度為度為 15 m ，問(wèn)以地球?yàn)閰⒖枷?，此火箭有多長(zhǎng)，問(wèn)以地球?yàn)閰⒖枷担嘶鸺卸嚅L(zhǎng) ？ c95. 0v s s 火箭參考系

7、火箭參考系 地面參考系地面參考系 解解 固有長(zhǎng)度固有長(zhǎng)度m15 0 ll 2 1 ll m68. 4m95. 0115 2 l m15 0 l v x x y y o o 第十八章狹義第十八章狹義 相對(duì)論相對(duì)論 第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論 物理學(xué)教程物理學(xué)教程 （第二版）（第二版） 15 - 3 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀狹義相對(duì)論的時(shí)空觀 運(yùn)運(yùn) 動(dòng)動(dòng) 的的 鐘鐘 走走 得得 慢慢 三三 時(shí)間的延緩時(shí)間的延緩 第十八章狹義第十八章狹義 相對(duì)論相對(duì)論 第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論 物理學(xué)教程物理學(xué)教程 （第二版）（第二版） 15 - 3 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀狹義相對(duì)論的時(shí)空觀 s

8、系系同一同一地點(diǎn)地點(diǎn) B 發(fā)生兩事件發(fā)生兩事件 在在 S 系中觀測(cè)兩事件系中觀測(cè)兩事件 ),(),( 2211 txtx ) , ( 2 tx ), ( 1 tx發(fā)射一光信號(hào)發(fā)射一光信號(hào) 接受一光信號(hào)接受一光信號(hào) cdttt2 12 時(shí)間間隔時(shí)間間隔 ) ( 2 11 c x tt v ) ( 2 22 c x tt v x y O s d 12 3 6 9 12 3 6 9 1 x 2 x 12 3 6 9 y x x y v OO s s d B 12 3 6 9 第十八章狹義第十八章狹義 相對(duì)論相對(duì)論 第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論 物理學(xué)教程物理學(xué)教程 （第二版）（第二版）

9、15 - 3 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀狹義相對(duì)論的時(shí)空觀 12 tttt ) ( 2 c x tt v 0 x 2 1 t t 固有固有時(shí)間時(shí)間 ：同一同一地點(diǎn)發(fā)生的地點(diǎn)發(fā)生的兩兩事件的時(shí)間間隔事件的時(shí)間間隔 . 時(shí)間延緩時(shí)間延緩 ：運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的鐘走得的鐘走得慢慢 . 0 ttt固有時(shí)間固有時(shí)間 x y o s d 12 3 6 9 12 3 6 9 1 x 2 x 12 3 6 9 第十八章狹義第十八章狹義 相對(duì)論相對(duì)論 第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論 物理學(xué)教程物理學(xué)教程 （第二版）（第二版） 15 - 3 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀狹義相對(duì)論的時(shí)空觀 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀狹義相對(duì)論的時(shí)空觀 （1

10、） 兩個(gè)事件在不同的慣性系看來(lái)，它們的空兩個(gè)事件在不同的慣性系看來(lái)，它們的空 間關(guān)系是相對(duì)的，間關(guān)系是相對(duì)的， 時(shí)間關(guān)系也是相對(duì)的，只有將空時(shí)間關(guān)系也是相對(duì)的，只有將空 間和時(shí)間聯(lián)系在一起才有意義間和時(shí)間聯(lián)系在一起才有意義. （2）時(shí)空不互相獨(dú)立，而是不可分割的整體時(shí)空不互相獨(dú)立，而是不可分割的整體. （3）光速光速 c是建立不同慣性系間時(shí)空變換的紐帶是建立不同慣性系間時(shí)空變換的紐帶. （3） 時(shí)，時(shí)， .cv tt （1）時(shí)間延緩是一種相對(duì)效應(yīng)時(shí)間延緩是一種相對(duì)效應(yīng) . （2）時(shí)間的流逝不是絕對(duì)的，運(yùn)動(dòng)將改時(shí)間的流逝不是絕對(duì)的，運(yùn)動(dòng)將改 變時(shí)間的進(jìn)程變時(shí)間的進(jìn)程.（例如新陳代謝、放射性的衰（

11、例如新陳代謝、放射性的衰 變、壽命等變、壽命等 . ） 注意注意 第十八章狹義第十八章狹義 相對(duì)論相對(duì)論 第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論 物理學(xué)教程物理學(xué)教程 （第二版）（第二版） 15 - 3 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀狹義相對(duì)論的時(shí)空觀 人類乘接近光速的光子火箭作星際旅行人類乘接近光速的光子火箭作星際旅行 2 1 t t 2 1 1 , cv 無(wú)論目標(biāo)有多遠(yuǎn)，乘客在旅途上花費(fèi)的固有時(shí)間無(wú)論目標(biāo)有多遠(yuǎn)，乘客在旅途上花費(fèi)的固有時(shí)間 原則上可以任意短。原則上可以任意短。 地球地球 南門(mén)二（南門(mén)二（4光年）光年） 牛郎星（牛郎星（16光年）光年） 織女星（織女星（26.3光年）光年） 小麥哲倫星云（小麥哲倫星云（15萬(wàn)光年）萬(wàn)光年） 在日常生活中在日常生活中時(shí)間延緩時(shí)間延緩和和長(zhǎng)度收縮長(zhǎng)度收縮是完全可以忽是完全可以忽 略的略的, 但運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí)但運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí), 這兩種效應(yīng)就變得非這兩種效應(yīng)就變得非 常重要常重要, 在高能物理的領(lǐng)域里已得到大量的實(shí)驗(yàn)證實(shí)在高能物理的領(lǐng)域里已得到大量的實(shí)驗(yàn)證實(shí). 第十八章狹義第十八章狹義 相對(duì)論相對(duì)論 第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論 物理學(xué)教程物理學(xué)教程 （第二版）（第二版） 15 - 3 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀狹義相對(duì)論的時(shí)空觀 例例2 設(shè)想有一光子火箭以設(shè)想有一光子火箭以 速率相速率相 對(duì)地球作直線運(yùn)動(dòng)對(duì)地球作直線運(yùn)動(dòng)