(
课件网) 时间和空间 的相对性 复习回顾 狭义相对论的两个基本假设： 1狭义相对性原理： 不同惯性系中一切物理规律都相同。（物理定律的数学表达式是相同的，即使物理量可能因参考系不同而不同。） 2光速不变原理： 真空中的光速在不同的惯性参考系中都相等。 （光速与光源、观察者间的相对运动没有关系） 思考与讨论 有一架以半光速的速度飞行的宇宙飞船。一声令下，让宇宙飞船和光进行比赛。考虑一下1秒钟以后光、宇宙飞船、地球三者各自的位置关系。 讨论1. (以地球为参考系）宇宙飞船在地球与光中间 讨论2. （以宇宙飞船为参考系）宇宙飞船和地球的距离与宇宙飞船和光的距离之比为1:2 1.“同时”的相对性 闪光同时到达车厢的前后两壁吗？ 思考与讨论 列车K静止在车站里。某车厢的中央发出了一个闪光，车厢中的人认为闪光同时到达了前后两壁。 另一列火车L从旁边呼啸而过那么，在运动的火车L里，观察者认为，沿着运动方向位置靠前一些的事件A先发生，还是靠后一些的事件B先发生？ 结论： 1、对于运动的火车上同时发生的两个事件，对于地面就不是同时的 经验：沿着运动方向位置靠后的先发生 2、地面上同时发生的两个事件，对于运动的火车也不是同时的 经验：沿着运动方向位置靠前的先发生 “同时”的相对性小结： 1、经典时空观：在同一惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察也是同时的。 2、相对论时空观：“同时”具有相对性，即在同一个惯性系中不同地点发生的两个事件，在另一个惯性系中就不一定同时发生。 2.时间间隔的相对性 高速运行的列车上，由车厢底部发出的闪光，对于车上的人来说，闪光是在竖直方向反射的 而车厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的． 对于车厢内的人： 对于车厢外的人： 时间间隔的相对性小结： 1、经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是相同的。 2、相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔是不同的，惯性系速度越大，惯性系中的时间过程进行的越慢。 从地面上观察，飞船上的时间进程比地面 上慢，飞船上一切物理、化学、生命过程 都变慢了。 注意：动钟变慢 是相对的。 3.长度的相对性 一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小。 为了在相对静止的参考系K′内测量一直杆的长度，可在直杆的一端加一脉冲激光器和一接收器，另一端设一反射镜。精密测得光束往返的时间间隔后，即可得知直杆的长度。 有相对运动的参考系K内测得直杆的长度。 长度的相对性小结： 1、经典时空观：经典物理学家认为，一条杆的长度不会因为观察者是否与杆相对运动而不同。 2、相对论的时空观：“长度”具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小。但是在垂直于运动方向上，杆的长度没有变化。 4.时空相对性的验证 1941年，美国科学家罗西和霍尔在不同高度统计了宇宙线中μ子的数量，结果与相对论预言完全一致。 1971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞行，然后与地面的基准钟对照。实验结果与理论预言符合的很好。这是相对论的第一次宏观验证。 5.相对论的时空观 经典的时空观：物理学的空间与时间是绝对分离没有联系的，脱离物质而单独存在，与物质的运动无关。 “绝对的、真实的、数学的时间， 由于它自身的本性......，与任何外界事物无关地、均匀地流逝。” “绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关永远是相同的和不动的。《自然哲学的数学原理》 相对论的时空观：有物质才有时间和空间，空间和时间与物体的运动状态有关。 狭义相对论的正确性已被实验证实，所以以上结论是高速世界中必然发生的现象， ... ...
