西南交通大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）西南交通大学：《大学物理》第三篇 相对论和时空 第六章 狭义相对论 第三节 狭义相对论时空观

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大学物理 上讲主要内容 狭义相对论的基本原理 1.狭义相对性原理 物理定律在所有的惯性系中都有相同的数学形式 2.光速不变原理 在所有惯性系中,真空中的光速都恒为c 洛仑兹变换 x- ut (1-,/c2) X C y(1-l2/c2 第2页共48页

大学物理 第2页 共48页 1. 狭义相对性原理 物理定律在所有的惯性系中都有相同的数学形式。 2. 光速不变原理 在所有惯性系中，真空中的光速都恒为c。                   x c u t t z z y y x x ut 2               (1 ) ' (1 ) ' 1 ' 2 2 2 uv c v v uv c v v uv c v u v x z z x y y x x x   上讲主要内容

大学物理 第三节狭义相对论时空观 同时的相对性 “凡是时间在里面起作用的一切判断,总是关于同 时事件的判断” 爱因斯坦 由校钟操作定义同时性,并在同一惯性系中建立起 统一的时间坐标 ※ B B 第3页共48页

大学物理 第3页 共48页 由校钟操作定义同时性，并在同一惯性系中建立起 统一的时间坐标： “凡是时间在里面起作用的一切判断，总是关于同 时事件的判断” ——爱因斯坦 l l A B O l l A B O

大学物理 问题:在某一惯性系中的同时事件,在另一相对 其运动的惯性系中是否是同时的? S系S'系 事件1事件2 S系 S系xx2 由洛仑兹变换:t=y1-2x;t=y △t y(2-1)-(x1-x)=(△t=△x) 第4页共48页

大学物理 第4页 共48页 x x  y y  z z  o o  S系 S 系 u  事件1 事件2 系 系 S S  1, 1 x t 1, 1 x t 2, 2 x t 2, 2 x t 由洛仑兹变换：                1   1  2 1 2 2 2 2 ; x c u x t t c u t  t      ( ) 2 1 2 1 2 2 1 2 x c u x x t c u t t t t t                       ：在某一惯性系中的同时事件，在另一相对 其运动的惯性系中是否是同时的?

大学物理 △t'=t (4~ C S系同时发生的两事件,△t=0 若△x=0则△t′=0,两事件同时发生 S系 若△x≠0则△t′≠0,两事件不同时发生。 即:一个惯性系中的同时、同地事件,在其他惯性 系中必为同时事件;一个惯性系中的同时、异地事件, 在其他惯性系中必为不同时事件。 x 结论:同时性概念是因参考 文件正)香(控制()助 系而异的,在一个惯性系中认 为同时发生的两个事件,在另 惯性系中看来,不一定同时 发生。同时性具有相对性。 面 第5页共48页

大学物理 第5页 共48页     ( ) 2 1 2 1 2 2 1 2 x c u x x t c u t t t t t                       S系同时发生的两事件,t = 0 s 系 若  x  0 则  t  0 ，两事件同时发生。 若  x  0 则  t  0 ，两事件不同时发生。 ：一个惯性系中的同时、同地事件，在其他惯性 系中必为同时事件；一个惯性系中的同时、异地事件， 在其他惯性系中必为不同时事件。 ：同时性概念是因参考 系而异的，在一个惯性系中认 为同时发生的两个事件，在另 一惯性系中看来，不一定同时 发生。同时性具有相对性

大学物理 站台系:S系 理想实验:爱因斯坦火车 火车系:S系 I(xA,y小二21) S系 B|→→ B 对S系:两闪电的光信号到达C,为同时事件 第6页共48页

大学物理 第6页 共48页 对 S 系：两闪电的光信号到达 C ，为同时事件 理想实验：爱因斯坦火车 S系 S 系 站台系： 火车系： . . A C B A C B u I(x , y ,z ,t) A A A II(x , y ,z ,t) B B B S系 S系 . . . .

大学物理 45A5=A S系 B 易 2000000000 B (x,y12) B,R-B5 B B 对S系:两闪电的光信号到达C为不同时事件 第7页共48页

大学物理 第7页 共48页 对 S系：两闪电的光信号到达C为不同时事件 . . A C B A C B u I(x , y ,z ,t) A A A II(x , y ,z ,t) B B B S系 S系 . . . . . . . A C B A C B u I(x , y ,z ,t) A A A II(x , y ,z ,t) B B B . . . . . C. 

大学物理 讨论:1)在某一惯性系中的同步钟,在另一相对其 运动的惯性系中是否是同步的? 2)两事件发生的时序与因果律 若S系中Δt=t2-1>0即事件1先发生 则S系中: △t=y(△t c入x)>0 △t"=y(△t 2 △x)≤0 At >=dx u △t △t △tu 时序不变 时序变化 第8页共48页

大学物理 第8页 共48页 0 若 S 系中t  t2  t1  即事件1先发生 则 S 系中： x c u t  2 u c t x 2    ( ) 0 2      x  c u t  t 时序变化 ( ) 0 2      x  c u t  t x c u t 2  u c t x 2    时序不变 ：1) 在某一惯性系中的同步钟，在另一相对其 运动的惯性系中是否是同步的? 2) 两事件发生的时序与因果律

大学物理 即在S′系中观测,事件1有可能比事件2先发生、 同时发生、或后发生,时序有可能倒置。 与因果律是否矛盾? △ 2 有因果关联的事件之间的信号速率<C→ △tLl 满足时序不变条件 有因果关联的事件时序不变,无因果关联的事件才 可能发生时序变化。 第9页共48页

大学物理 第9页 共48页 即在 系中观测，事件1有可能比事件2先发生、 同时发生、或后发生，时序有可能倒置。 s  与因果律是否矛盾？ 有因果关联的事件之间的信号速率 u c t x u c 2     满足时序不变条件 有因果关联的事件时序不变，无因果关联的事件才 可能发生时序变化

大学物理 二、时间量度的相对性时间膨胀) 站台系:S系 理想实验:爱因斯坦火车 火车系:S'系 火车系:S系 D 光信号:N→M→N N※ 2D △t=t-t C )用一个相对事件发生地静止的钟测量 的两个同地事件的时间间隔——原时 (本征时间) 第10页共48页

大学物理 第10页 共48页 用一个相对事件发生地静止的钟测量 的两个 事件的时间间隔——原时 （本征时间） 理想实验：爱因斯坦火车 S系 S 系 站台系： 火车系： c D t t t 2    2   1   火车系：S 系 D 光信号：N  M  N x  y  o  1 x  II( , ) I( , ) 1 2 1 1 x t x t     N M