时空观 (2).ppt

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1、同学们好！在超现实主义艺术家达利的杰作《记忆的永恒》之中，并置了两种常见的时间代表物：钟表和沙粒。不过，几块表都处于熔坍状态。在学过物理的人眼里,软绵绵的钟表似乎告诉我们时间并非刚性，它可以产生膨胀效应，时间是相对的。《记忆的永恒》达利（西班牙.1904-1989）1§8.3狭义相对论时空观上讲：一.“同时”的相对性一个惯性系中的同时、同地事件，在其它惯性系中必为同时事件；一个惯性系中的同时、异地事件，在其它惯性系中必为不同时事件。二.时间量度的相对性原时：在相对事件发生地静止的参考系中，测定的两

2、个同地事件之间的时间间隔(用一个钟即可）1.在一切时间测量中，原时最短。从相对事件发生地运动的参考系中测量出的时间总比原时长（时间膨胀）2.每个参考系中的观测者都会认为相对自己运动的钟比自己的钟走得慢（动钟变慢）2三.空间量度的相对性（动尺缩短）在相对于物体静止的参考系中测量的长度——原长两端坐标不一定同时测量在S系中测尺的长度，两端坐标一定要同时测量(t1=t2)——非原长(观测长度)事件1事件2S系系设尺相对于系静止测量其两端坐标：若两端坐标不同时测量，其测量结果不是长度，而只是两事件的空间间

3、隔3静系动系由洛仑兹变换：原长0观测长度（非原长）设尺相对于系静止动尺缩短！S系系长度测量4在一切长度测量中原长最长！原长0观测长度（非原长）若尺相对于系静止静系动系S系系动尺缩短！5注意：1）尺缩效应只在相对运动方向上发生；2）尺缩效应是高速运动物体的测量形象，不是视觉形象。结论：空间间隔的测量是相对的，物体的长度与惯性系的选择有关；在一切长度测量中原长最长；在惯性系中测量相对其运动的尺，总得到比原长小的结果——动尺缩短。因为物体的视觉效应是由同时抵达眼睛的光线形成的。而同时抵达眼睛的光线不一定

4、是物体两端同时发出的。6思考：哪个长度为原长？练习1：一列高速火车以速率u驶过车站，站台上的观察者甲观察到固定于站台、相距1m的两只机械手在车厢上同时划出两个痕迹，求车厢上的观察者乙测出两个痕迹间的距离为多少？站台系：动系，两端同时测非原长车厢系：静系，为原长甲乙7一根米尺静止放置在系中，与轴成角，如果在系中测得米尺与轴成角，那么，系相对于系的运动速度为多大？系中测得米尺的长度是多少？练习2思考：哪一个是原长？尺在哪一个方向收缩？请自行列式计算8解：由题意可知由得根据相对论“尺缩”效应，有即9于是

5、得由于米尺长度所以10揭示出时间、空间彼此关联，形成四维时空概念：不是“时间+空间”，而是“时间—空间”统一体。不同惯性系中的观察者有各自不同的时空观念，不存在对所有观察者都相同的绝对时间和绝对空间。由洛仑兹变换给出不同惯性系中观察者时空观念的关联。小结：狭义相对论时空观要点11不同惯性系中观察者时空观念的关联注意：系系事件事件空间间隔事件时间间隔变换12钟慢尺缩是洛仑兹变换的特例0原时非原时0原时非原时在一切时间测量中，原时最短！在一切长度测量中，原长最长！原长0观测长度（非原长）原长0观测长度

6、（非原长）13时空观比较经典时空观狭义相对论时空观*广义相对论时空观时间间隔、空间距离的测量与参考系的选择无关。绝对性：时间、空间是先验的框架。它们彼此独立，而且与物质、运动无关。承认时空与物质的运动有关，但时空的性质不因物质的多少和分布情况而改变，即时空是平直的。相对性：不同惯性系中的观察者有各自不同的时空观念。统一性：时间、空间彼此关联，形成四维时空统一体。时空是由物质分布状况决定的引力场的结构性质。只有在无引力场存在时，时空才是平直的，有引力场存在时，时空是弯曲的。引力场强度分布与空间曲率分

7、布一一对应。弱引力低速14例1.在惯性系K中，有两个事件同时发生在x轴上相距1000m的两点，而在另一惯性系K′（沿x轴方向相对于K系运动）中测得这两个事件发生的地点相距2000m。求在K′系中测这两个事件的时间间隔。习题课已知：S系中的同时异地事件，在S′系中必然不同时。求：解：由洛仑兹变换得：15负号的意义是什么？于是：在系中，事件2先发生由题意：思路：16例2：宇宙飞船相对地球以0.8c飞行，一光脉冲从船尾传到船头，飞船上的观察者测得飞船长90m，地球上的观察者测得光脉冲从船尾传到船头两事件

8、的空间间隔是：（A）30m（B）54m（C）270m（D）90m解一：设飞船系为，地球系为s，由尺缩效应，S中光脉冲通过的距离为：中光脉冲通过的距离为：对不对？17光脉冲从船尾传到船头为因果关联事件，在地球系中时序不变：为什么？解一：解二：设飞船系为，地球系为s，飞船系中由洛仑兹变换，地球系中：18对不对？解三：设飞船系为s，地球系为，相对s以0.8c运动，飞船系中由洛仑兹变换，地球系中：不对！设飞船系为s地球系为，相对s以-0.8c运动，地球系中19例3.地面上一个短跑选手用10