第15章伽利略变换牛顿力学相对性原理狭义相对论的基本原理洛伦兹变换式狭义相对论的时空观ppt课件.ppt
第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件15-1伽利略变换关系伽利略变换关系 牛顿力学相对性牛顿力学相对性原理遇到的的困难原理遇到的的困难15-2 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式洛伦兹变换式15-3 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观大学物理学电子教案大学物理学电子教案狭义相对论的基本概念狭义相对论的基本概念第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件引言引言经典物理学的辉煌成就经典物理学的辉煌成就经典力学经典力学 热力学与统计力学热力学与统计力学 光学光学 电动力学电动力学物理学物理学经典物理经典物理现代物理现代物理力学力学热学热学电磁学电磁学光学光学相对论相对论量子论量子论非线性非线性从经典物理学到近代物理过渡时期的重要实验事实从经典物理学到近代物理过渡时期的重要实验事实 迈克尔逊迈克尔逊莫雷实验：莫雷实验：否定了绝对参考系的存在；否定了绝对参考系的存在； 经典物理学解释经典物理学解释热辐射现象热辐射现象时：出现时：出现“紫外灾难紫外灾难”； 放射性放射性现象的发现：原子是可分的。现象的发现：原子是可分的。 光电效应光电效应 原子的线状光谱原子的线状光谱 第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理狭义相对论的一些结论狭义相对论的一些结论广义相对论简介广义相对论简介相对论相对论 狭义相对论狭义相对论 (Special Relativity) 研究研究 : 惯性系中物理规律及其变换惯性系中物理规律及其变换 揭示揭示 : 时间、空间和运动的关系时间、空间和运动的关系 广义相对论广义相对论(General Relativity) 研究研究:非惯性系中物理规律及其变非惯性系中物理规律及其变 换换 揭示揭示 : 时间、空间和物质分布的关系时间、空间和物质分布的关系第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件爱因斯坦爱因斯坦 ( ( Albert Einstein, 18791955 ) ) 20世纪最伟大的物理学世纪最伟大的物理学改革家，相对论的创始改革家，相对论的创始人，主要科学业绩：人，主要科学业绩：早期对布朗运动的研究早期对布朗运动的研究狭义相对论的创建狭义相对论的创建推动量子力学的发展推动量子力学的发展建立了广义相对论建立了广义相对论1905年创建的年创建的狭义相对论狭义相对论1916年创建的年创建的广义相对论广义相对论1921年获诺贝尔物理学奖金年获诺贝尔物理学奖金1906年用量子理论说明了年用量子理论说明了固体热容固体热容与温度的关系与温度的关系1912年用年用光量子光量子概念建立了光化学概念建立了光化学定律定律1916年提出自年提出自激发射和受激发射激发射和受激发射的的概念，为激光的出现奠定了理论基概念，为激光的出现奠定了理论基础础1924年提出了年提出了量子统计方法量子统计方法-玻色玻色-爱因斯坦统计法。爱因斯坦用广义爱因斯坦统计法。爱因斯坦用广义相对论研究整个相对论研究整个宇宙的时空结构宇宙的时空结构爱因斯坦爱因斯坦: Einstein: Einstein现代时空现代时空的创始人，二十世纪的哥白尼的创始人，二十世纪的哥白尼第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件1895年年(16岁岁)：追光假想实验追光假想实验(如果我以速如果我以速度度c追随一条光线运动，那么我就应当看到，追随一条光线运动，那么我就应当看到，这样一条光线就好象在空间里振荡着而停这样一条光线就好象在空间里振荡着而停滞不前的电磁场。可是无论是依据经验，滞不前的电磁场。可是无论是依据经验，还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这样的事情。从一开始，在我直觉地看来就样的事情。从一开始，在我直觉地看来就很清楚，从这样一个观察者来判断，一切很清楚，从这样一个观察者来判断，一切都应当象一个相对于地球是静止的观察者都应当象一个相对于地球是静止的观察者所看到的那样按照同样一些定律进行。所看到的那样按照同样一些定律进行。)1999年：英国年：英国杂志推出的千年刊评选有史以来最杂志推出的千年刊评选有史以来最杰出的十位物理学家杰出的十位物理学家：1.爱因斯坦爱因斯坦( (美籍德国人，美籍德国人，19211921* *) )，2.2.牛顿牛顿( (英国英国) )，3.3.麦克斯韦麦克斯韦( (英国英国), 4. ), 4. 玻尔玻尔( (丹麦，丹麦，1922)1922)， 5.5.海森伯海森伯( (德国，德国，1932)1932)，6.6.伽伽利略利略( (意大利意大利) )，7.7.费因曼费因曼( (美国，美国，1965), 8.1965), 8.狄拉克狄拉克( (英国，英国，1933)1933)，9.9.薛定谔薛定谔( (奥地利，奥地利，1933), 10.1933), 10.卢瑟福卢瑟福( (新西兰新西兰) )第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件“横看成岭侧成峰，远近高低各不同。横看成岭侧成峰，远近高低各不同。” 苏轼苏轼题西林壁题西林壁人类面对事物人类面对事物 “相对性相对性”的不同态度：的不同态度： （1）只承认自己看到的是真的，根本否认还有只承认自己看到的是真的，根本否认还有其它的可能性其它的可能性. （2）“公说公有理，婆说婆有理。公说公有理，婆说婆有理。” 哲学上哲学上的的 “相对主义相对主义”的派别的派别. （3）超越从个别角度（物理学里的参考系）认超越从个别角度（物理学里的参考系）认识问题的局限性，寻求不同参考系之间的变换关系，识问题的局限性，寻求不同参考系之间的变换关系，以及变换过程中那些不变性以及变换过程中那些不变性. 不变性不变性：是物理定律，是自然界中与观察者无：是物理定律，是自然界中与观察者无关的客观规律关的客观规律.15-1伽利略变换关系伽利略变换关系第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 “相对论的兴起是由于实际需要，是由于旧理相对论的兴起是由于实际需要，是由于旧理论中的矛盾非常严重和深刻，而看来旧理论对这些论中的矛盾非常严重和深刻，而看来旧理论对这些矛盾已经没法避免了。矛盾已经没法避免了。” 爱因斯坦爱因斯坦 自觉地去探索不同参考系中物理量、物理规律自觉地去探索不同参考系中物理量、物理规律之间的变换关系（相对性原理），和变换中的不变之间的变换关系（相对性原理），和变换中的不变量（对称性），以便超越自我认识上的局限性，去量（对称性），以便超越自我认识上的局限性，去把握物理世界中更深层次的奥秘把握物理世界中更深层次的奥秘. 现代物理方法论精髓现代物理方法论精髓第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 一一 伽利略变换式伽利略变换式 经典力学的相对性原理经典力学的相对性原理 对于任何惯对于任何惯性参照系性参照系 , 牛顿牛顿力学的规律都具力学的规律都具有相同的形式有相同的形式 . 这就是经典力学这就是经典力学的相对性原理的相对性原理 . 问：问：相对于不同的参考系相对于不同的参考系 , 经典力学定律的形经典力学定律的形式是完全一样的吗式是完全一样的吗 ？牛顿力学的回答牛顿力学的回答:x xy yvo oz z ss*) , , (),(zyxzyxPx xt vz z yy第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件伽利略变换伽利略变换当当 时时0tt oo与与 重合重合txxvyy zz tt 位置坐标变换公式位置坐标变换公式 经典力学认为：经典力学认为：1）空间的）空间的量度是绝对的，与参考系无关；量度是绝对的，与参考系无关；2）时间的量度也是绝对的，与）时间的量度也是绝对的，与参考系无关参考系无关 .x xy yvo oz z ss*) , , (),(zyxzyxPx xt vz z yy1212xxxx第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件zzaayyaaxxaa加速度变换公式加速度变换公式aaamF amFvxxuuyyuu zzuu伽利略速度变换公式伽利略速度变换公式 在两相互作匀速直线运动的惯性在两相互作匀速直线运动的惯性系中，牛顿运动定律具有相同的形式系中，牛顿运动定律具有相同的形式.x xy yvo oz z ss*) , , (),(zyxzyxPx xt vz z yyvuu第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 问：问：相对于不同的参考系相对于不同的参考系 , 长度和时间的测量结长度和时间的测量结果是一样的吗果是一样的吗? 绝对时空概念：时间和空间的量度和参考系无绝对时空概念：时间和空间的量度和参考系无关关 , 长度和时间的测量是绝对的长度和时间的测量是绝对的.二二 经典力学的绝对时空观经典力学的绝对时空观注注 意意 牛顿力学的相对性原理，牛顿力学的相对性原理， 在宏观、在宏观、低速的范围内，是与实验结果相一致的低速的范围内，是与实验结果相一致的 . 绝对绝对时间时间: 所有惯性系有统一的时间所有惯性系有统一的时间.绝对绝对空间空间：空间与运动无关空间与运动无关，空间是绝对静止的空间是绝对静止的.第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 “绝对的真实的数学时间绝对的真实的数学时间, 就其本质而言就其本质而言, 是永远均匀地是永远均匀地流逝着流逝着, 与任何外界无关与任何外界无关.” “绝对空间就其本质而言绝对空间就其本质而言是与任何外界事物无关的是与任何外界事物无关的，它它从不运动从不运动, 并且永远不变并且永远不变.”牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观牛顿力学的相对性原理牛顿力学的相对性原理 实践已证明实践已证明 , 绝对时空观是不正确的绝对时空观是不正确的.第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 问：问：对于不同的惯性系，电磁现象基本规律的对于不同的惯性系，电磁现象基本规律的形式是一样的吗形式是一样的吗 ？真空中的光速真空中的光速m/s10998. 21800c 对于两个不同的惯性对于两个不同的惯性参考系参考系 , 光速满足伽利略光速满足伽利略变换吗变换吗 ？?v ccx xy yvo oz z ssc三三 光速依赖于惯性参考系的选取吗光速依赖于惯性参考系的选取吗第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件球球投投出出前前cdcdt 121ttvcdt2结果结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球. 试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达到观察者所需要的时间到观察者所需要的时间. (根据根据伽利略变换伽利略变换)球球投投出出后后vcv第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 900 多年前（公元多年前（公元1054年年5月）一次著名的月）一次著名的超新星超新星爆发爆发， 这次爆发的残骸形成了著名的金牛星座的蟹状这次爆发的残骸形成了著名的金牛星座的蟹状星云。北宋天文学家记载从公元星云。北宋天文学家记载从公元 1054年 1056年均能均能用肉眼观察用肉眼观察, 特别是开始的特别是开始的 23 天天, 白天也能看见白天也能看见 .km/s1500v物质飞散速度物质飞散速度l = 5000 光年光年cvcAB 当一颗恒星在发生超新星爆发时当一颗恒星在发生超新星爆发时, 它的外围物质向它的外围物质向四面八方飞散四面八方飞散, 即有些抛射物向着地球运动即有些抛射物向着地球运动, 现研究超现研究超新星爆发过程中光线传播引起的疑问新星爆发过程中光线传播引起的疑问 .第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件实际持续时间约为实际持续时间约为 22 个月个月, 这怎么解释这怎么解释 ?年25ABttt理论计算观察到超新性爆发的强光的时间持续约理论计算观察到超新性爆发的强光的时间持续约l = 5000 光年光年cvckm/s1500v物质飞散速度物质飞散速度ABvcltA A 点光线到达点光线到达地球所需时间地球所需时间cltBB 点光线到达点光线到达地球所需时间地球所需时间第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 迈克尔孙迈克尔孙 莫雷实验莫雷实验 为了测量地球相对于为了测量地球相对于 “以太以太” 的运动的运动, 1881年迈年迈克尔孙用他自制的干涉仪进行测量克尔孙用他自制的干涉仪进行测量, 没有结果没有结果 . 1887年年他与莫雷以更高的精度重新做了此类实验他与莫雷以更高的精度重新做了此类实验,仍得到零结仍得到零结果果, 即即未观测到地球相对未观测到地球相对“以太以太”的运动的运动 . 人们为维护人们为维护“以太以太”观念作了种种努力，观念作了种种努力， 提出了提出了各种理论各种理论 ，但这些理论或与天文观察，或与其它的实，但这些理论或与天文观察，或与其它的实验事实相矛盾，最后均以验事实相矛盾，最后均以失败失败告终告终 . 实验结果实验结果 未未观察到地球相对于观察到地球相对于“以太以太”的运动的运动. 0N仪器可测量精度仪器可测量精度01. 0N4 . 0N理论预测理论预测第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 爱因斯坦的爱因斯坦的哲学观念：哲学观念：自然自然界应当是和谐而简单的界应当是和谐而简单的. 理论特色：理论特色：出于简单而归于出于简单而归于深奥深奥.Albert Einstein ( 1879 1955 ) 20世纪最伟大的物理学家世纪最伟大的物理学家, 于于1905年和年和1915年先后创立了狭义相年先后创立了狭义相对论和广义相对论对论和广义相对论, 他于他于1905年提年提出了光量子假设出了光量子假设, 为此他于为此他于1921年年获得诺贝尔物理学奖获得诺贝尔物理学奖, 他还在量子他还在量子理论方面作出很多的重要的贡献理论方面作出很多的重要的贡献 .15-2 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件一狭义相对论的基本原理一狭义相对论的基本原理 1）爱因斯坦相对性原理：物理定律在爱因斯坦相对性原理：物理定律在所有所有的的惯性系中都具有相同的表达形式惯性系中都具有相同的表达形式 . 2）光速不变原理：光速不变原理： 真空中的光速是常量，它真空中的光速是常量，它与光源或观察者的运动无关，即不依赖于惯性系的与光源或观察者的运动无关，即不依赖于惯性系的选择选择. 关键概念：相对性和不变性关键概念：相对性和不变性 . 相对性原理是自然界的普遍规律相对性原理是自然界的普遍规律. 所有的惯性参考系都是等价的所有的惯性参考系都是等价的 . 伽利略变换与伽利略变换与狭义相对论的基本原理不符狭义相对论的基本原理不符 .第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件说明同时具有相对性，时间的量度是相对的说明同时具有相对性，时间的量度是相对的 . 和和光速不变光速不变紧密联系在一起的是：在某一惯性系紧密联系在一起的是：在某一惯性系中中同时同时发生的两个事件，在相对于此惯性系运动的另发生的两个事件，在相对于此惯性系运动的另一惯性系中观察，并一惯性系中观察，并不一定是同时不一定是同时发生的发生的 .第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件cv211二洛伦兹变换式二洛伦兹变换式z z yx xyvo o ss*) , , , (tzyx),(tzyxP)(12txtxxvvyy zz )(1222xctxcttvv 设设 ： 时，时， 重合重合 ; 事件事件 P 的时空的时空坐标如图所示坐标如图所示 .0tt,oo 长度长度的测量是和的测量是和同时性同时性概念密切相关概念密切相关.第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件)(txxvyy zz )(2xcttv正正变变换换) (txxv yy zz ) (2xcttv逆逆 变变 换换 光速光速在在任何任何惯性惯性系中均为同一系中均为同一常量常量 ，利用它将时间测量与利用它将时间测量与距离测量联系起来距离测量联系起来 .z z yx xyvo o ss*) , , , (tzyx),(tzyxP第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件1） 与与 成线性关系，但比例系数成线性关系，但比例系数 .2） 时间不独立，时间不独立， 和和 变换相互交叉变换相互交叉. 3） 时，洛伦兹变换时，洛伦兹变换 伽利略变换。伽利略变换。 , txtx,1xtcv洛伦兹变换洛伦兹变换特点特点 意义：意义：基本的物理定律应该在基本的物理定律应该在洛伦兹变换洛伦兹变换下保下保持持不变不变 . 这种不变显示出物理定律对匀速直线运动这种不变显示出物理定律对匀速直线运动的对称性的对称性 相对论对称性相对论对称性 .第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件* 三三 洛伦兹速度变换洛伦兹速度变换xxxucuu21vv)1 (2xyyucuuv)1 (2xzzucuuv正正 变变 换换xxxucuu21vvxyyucuu21vxzzucuu21v逆逆 变变 换换 光速不变光速不变cuxccccux)1 (2vv)第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件一一 同时的相对性同时的相对性事件事件 1 ：车厢：车厢后后壁接收器接收到光信号壁接收器接收到光信号.事件事件 2 ：车厢：车厢前前壁接收器接收到光信号壁接收器接收到光信号.15-3 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件221xcttv0122xcv012ttt012xxx 同时同时不同地不同地事件事件 2 ),(1111tzyx),(2222tzyx 系系 (车厢参考系车厢参考系 )S 系系 ( 地面参考系地面参考系 ),(1111tzyx事件事件 1),(2222tzyxSv x y o121236912369 x y o12xyov123691236912369第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 结论结论 ：沿两个惯性系运动方向，沿两个惯性系运动方向，不同地点不同地点发生发生的两个事件，在其中一个惯性系中是的两个事件，在其中一个惯性系中是同时同时的，的， 在另在另一惯性系中观察则一惯性系中观察则不同时不同时，所以同时具有，所以同时具有相对相对意义；意义；只有在只有在同一地点同一地点， 同一同一时刻发生的两个事件，在其时刻发生的两个事件，在其他惯性系中观察也是他惯性系中观察也是同时同时的的 .012ttt012xxx0122xcttv在在 S 系系在在 系系同时同地同时同地发生的两事件发生的两事件S此结果反之亦然此结果反之亦然 .注意注意 x y o12xyov12369123691236912369第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件二二 长度的收缩长度的收缩xyozs标尺相对标尺相对 系静止系静止s21111txxv22221txxv212121xxxx12xxl在在 S 系中测量系中测量测量为两个事件测量为两个事件),(),(2211txtx要求要求21tt 1 x2 x0l y xv o z s1x2x120lxxl在在 系中测量系中测量s第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件021lll固有固有长度长度 当当 时时 . 10ll 固有固有长度：物体相对静止时所测得的长度长度：物体相对静止时所测得的长度 .（最长最长） 洛伦兹收缩洛伦兹收缩: 运动运动物体在运动方向上长度物体在运动方向上长度收缩收缩 .212121xxxx120lxxl12xxl 长度收缩是一种长度收缩是一种相对相对效应效应, 此结果反之亦然此结果反之亦然 .注意注意xyozs1 x2 x0l y xv o z s1x2x第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 例例1 设想有一光子火箭，设想有一光子火箭， 相对于地球以速相对于地球以速率率 飞行，若以火箭为参考系测得火箭长飞行，若以火箭为参考系测得火箭长度为度为 15 m ，问以地球为参考系，此火箭有多长，问以地球为参考系，此火箭有多长 ？c95. 0vss火箭参照系火箭参照系地面参照系地面参照系解解 ：固有长度固有长度m150ll21 llm68. 4m95. 01152lm150lvx xy yo o第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件运运 动动 的的 钟钟 走走 得得 慢慢三三 时间的延缓时间的延缓第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件s系系同一同一地点地点 B 发生两事件发生两事件在在 S 系中观测两事件系中观测两事件),(),(2211txtx), (2tx), (1tx发射一光信号发射一光信号接受一光信号接受一光信号cdttt212时间间隔时间间隔)(211cxttv)(222cxttvxyosd12369123691x2x12369 yx xyvoossdB12369第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件12tttt)(2cxttv0 x21tt固有固有时间时间 ：同一同一地点发生的地点发生的两两事件的时间间隔事件的时间间隔 .时间延缓时间延缓 ：运动运动的钟走得的钟走得慢慢 .0ttt固有时间固有时间xyosd12369123691x2x12369第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观 1） 两个事件在不同的惯性系看来，它们的空间两个事件在不同的惯性系看来，它们的空间关系是相对的，关系是相对的， 时间关系也是相对的，只有将空间时间关系也是相对的，只有将空间和时间联系在一起才有意义和时间联系在一起才有意义. 2）时时空不互相独立，而是不可分割的整体空不互相独立，而是不可分割的整体. 3）光速光速 C 是建立不同惯性系间时空变换的纽带是建立不同惯性系间时空变换的纽带. 3） 时，时， .cv tt1）时间延缓是一种相对效应时间延缓是一种相对效应 . 2）时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的进程时间的进程.（例如新陈代谢、放射性的衰变、（例如新陈代谢、放射性的衰变、寿命等寿命等 . ）注意注意第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 人类乘接近光速的光子火箭作星际旅行人类乘接近光速的光子火箭作星际旅行21tt211,cv 无论目标有多远，乘客在旅途上花费的固有时间无论目标有多远，乘客在旅途上花费的固有时间原则上可以任意短。原则上可以任意短。地球地球南门二（南门二（4光年）光年）牛郎星（牛郎星（16光年）光年）织女星（织女星（26.3光年）光年）小麦哲伦星云（小麦哲伦星云（15万光年）万光年） 在日常生活中在日常生活中时间延缓时间延缓和和长度收缩长度收缩是完全可以忽是完全可以忽略的略的, 但运动速度接近光速时但运动速度接近光速时, 这两种效应就变得非这两种效应就变得非常重要常重要, 在高能物理的领域里得到大量的实验证实在高能物理的领域里得到大量的实验证实.第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 例例2 设想有一光子火箭以设想有一光子火箭以 速率相速率相对地球作直线运动对地球作直线运动 ，若火箭上宇航员的计时器记录，若火箭上宇航员的计时器记录他观测星云用去他观测星云用去 10 min , 则地球上的观察者测得此则地球上的观察者测得此事用去多少时间事用去多少时间 ？c95. 0vmin01.32min95. 0110122tt运动的钟似乎走慢了运动的钟似乎走慢了.解解: 设火箭为设火箭为 系、地球为系、地球为 S 系系 Smin10t第十五章第十五章 狭义狭义 相对论相对论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件小小 结结 伽俐略变换式伽俐略变换式 牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观 狭义相对论基本原理狭义相对论基本原理 狭义相对论的狭义相对论的时空观狭义相对论的狭义相对论的时空观作业作业思考题：思考题： P260 1，2，4，6习习 题：题： P262 7，9，12，16预预 习：习： 15-4，15-5
