《大学物理》课程PPT教学课件：第二篇 实物的运动规律 第八章 相对论（8.3）狭义相对论时空观

2第二篇实物的运动规律 第八章相对论 本章共5讲

? 本章共5讲 第二篇 实物的运动规律 第八章 相对论

§8.3狭义相对论时空观 “同时”的相对性 爱因斯坦是从“同时”的相对性开始他的相对 论时空观讨论的。 “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 火车头10:11驶出隧道: 火车头驶出隧道 同时事件 o目 手表指10:11

一.“同时”的相对性 爱因斯坦是从“同时”的相对性开始他的相对 论时空观讨论的。 “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 §8.3 狭义相对论时空观 火车头10：11‵驶出隧道： 火车头驶出隧道 手表指10：11‵ 同时事件

日常生活经验:在一个惯性系中同时发生的两个 事件,在其它惯性系中看来,也是同时发生的。 同时”概念与参考系选择无关 爱因斯坦认为: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。 虽然彭加勒才华横溢,洛伦兹学识渊博。但他们都 不敢迈出决定性的革命的一步,去重新检验我们的 同时性概念。这个概念或许不只是从我们的父辈那 儿学来的,而简直就像经过漫长的进化过程遗传到 我们的基因中的一样。 杨振宁

日常生活经验：在一个惯性系中同时发生的两个 事件，在其它惯性系中看来，也是同时发生的。 “同时”概念与参考系选择无关。 虽然彭加勒才华横溢，洛伦兹学识渊博。但他们都 不敢迈出决定性的革命的一步，去重新检验我们的 同时性概念。这个概念或许不只是从我们的父辈那 儿学来的，而简直就像经过漫长的进化过程遗传到 我们的基因中的一样。 －－－杨振宁 爱因斯坦认为： 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

讨论1:“对时 在同一惯性系中的“对时”:即在同一惯性系中建立 起统一的时间坐标, 校钟操作: 在由中点o发出的光信 (-米-( 号抵达的瞬间,对准 A,B处钟的读数。 每个惯性系中的观察者 1都认为本系内各处的钟 是已经校对同步的

在同一惯性系中的“对时”：即在同一惯性系中建立 起统一的时间坐标， 讨论1：“对时” 每个惯性系中的观察者 都认为本系内各处的钟 是已经校对同步的。 x z y o l l A B 校钟操作： O 在由中点o发出的光信 号抵达的瞬间，对准 A,B处钟的读数

定义“同时”概 舞由处事件发出的4米(一米D 光信号同时抵 达中点o 则两事件为同时事件。否 则不同时。 在不同惯性系中的“对时”:需要首先检验不同惯 性系中的“同时”概念是否一致 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? 事件1事件2 若M=0 S系 S系xx △r'20

l l A B 定义“同时”概 O 如果由 念 A,B处事件发出的 光信号同时抵达中点o， 则两事件为同时事件。否 则不同时。 在不同惯性系中的“对时”：需要首先检验不同惯 性系中的“同时”概念是否一致。 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? 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 t = 0 t ? = 0 若

重和S系坐标轴相互平行, 申S系相对于S系沿+方向以速率n运动, 当O和O重合时,令t=t=0 s系系 由洛仑兹变换: x1 Ar=-x=(2-4)-(x2 At'=y(At-3 4r)

由洛仑兹变换：        = −        = − 2 2 2 2 1 2 1 1 x c u t t x c u t t   x x y y z z  o o S系 S 系 u  ( ) ( ) ( ) 2 2 1 2 1 2 2 1 x c u t t x x c u t t t t t        = −        =  −  = − − − S系和 S 系坐标轴相互平行, 当 O 和 O 重合时，令 t = t = 0 S 系相对于S系沿 +x 方向以速率 u 运动， 重 申

△r"=y(△-,△x) 在S系中同时发生的两事件△t=0 1)若着△x4事件同时发生 S系 2)若Ax4解手件不同时发生。 即: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 结论: 同时性概念是因参考系而异的,同时性具有相对性

( ) 2 x c u t =  t −  在S系中同时发生的两事件 t = 0 1)若 x = 则 0  ，两事件同时发生。 t = 0 2)若 则  ，两事件不同时发生。 t  0 S ′系 x  0 即：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。 结论： 同时性概念是因参考系而异的，同时性具有相对性

站台系:S系 理想实验:爱因斯坦火车 火车系:S系 H(EB, VB,4g,t) AAA 系 C B 设在S系中,两闪电的光信号同时到达AB的中点C, 对s系:闪电击中车头和车尾为同时事件 在S系中,两闪电的光信号是否同时到达C呢?

在 S' 系中，两闪电的光信号是否同时到达 C' 呢？ . . . . A C B A C B u s系 s系 设在S 系中，两闪电的光信号同时到达AB的中点 C， 对S系：闪电击中车头和车尾为同时事件 I( x , y ,z ,t ) A A A II( x , y ,z ,t ) B B B 理想实验：爱因斯坦火车 S系 S系 站台系： 火车系：

B 系 §系 wthimuinuuiuiiuua C B s'系 系 C B 在光信号由车头向C传播的时间间隔内,火车已经前进了 对S系:两闪电的光信号同时到达C”,而不是C, 闪电击中车头和车尾为不同时事件。(击中B先发生)

. . . A C B s系 s系 A . C B u C . . . . A C B A C B u s系 s系 在光信号由车头向C传播的时间间隔内，火车已经前进了。 对 系：两闪电的光信号同时到达 ，而不是 ， 闪电击中车头和车尾为不同时事件。（击中 先发生） C C B S

设在s系中,两闪电的光信号同时到达AB的中点C 对s系:闪电击中车头和车尾为同时事件 (xA,y4,4, Ⅱ(xrB,yB,zg,t) 系 s系 C B 在光信号由车头 系 向C传播的时 间间隔内,站台 S 系 已经后退了。 C B 在S系中,两闪电的光信号同时到达Cm而不是C,为 不同时事件。(击中A先发生)

设在 系中，两闪电的光信号同时到达 的中点 ， 对 系：闪电击中车头和车尾为同时事件 s s A B C   . . . . 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 C . . . . A C B A C B u s系 s系 在 S 系中，两闪电的光信号同时到达 而不是 C ，为 不同时事件。（击中 A 先发生）。 C 在光信号由车头 向C' 传播的时 间间隔内，站台 已经后退了