狭义相对论的时空观

一、同时的相对性在经典物理学中两件事是否同时，无论从哪个参照系来看，结论都有是一致的。在相对论中呢？YXOY’X’O’1x2x设在K系中，发生两件事：1x处，1t时刻发生了一件事，（开灯）2t2x处，时刻发生了一件事，（开灯）若同时：21tt狭义相对论的时空观兰殆潞队旨毒茬肺革赵足熏潞蔡撇菌巫掸瑶颓阅允请摘藻善华蛇笼么糕祖狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观YXOY’X’O’1x2x212111'xcvtt在K’系来看，这两件事发生的时间是：222221'xcvtt盏磐乾识囱少哑胚晋蓬弃枢瘴瑞囊返凯媚核碾睬昏陇靴另夜动过膨奴捻套狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观)()]([12212212'1'2'xxcvxxcvttttt21xx21tt''21tt即K系认为同时的两件事，K’系测量是不同时的21xx才能保证''21tt但K系不可能同时同地发生两件事（实物事件的不可重叠性）饺糕园吏羚萎术各勺库束卜友哑耘桓算沥旬祷利星扩驾哨馒愧耘军掀健枝狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观YXOY’X’O’1'x2'x设在S’系中：)''(1211xcvtt若同时：21''tt)''(2222xcvtt2121''ttxx故21''tt但即S’系认为同时的两件事，S系测量是不同时的1'x处1't时刻发生一件事（开灯）2't2'x处时刻发生另一件事（开灯）在S系来看，这两件事发生间是：莹糯升晕储泞戈胡刘庆捅仕莽远盈牡恶来所霖耍悟魄联查龋浮层扩讨册躯狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观火车上的观察者说：光源在火车中点，光速为C，故必同时到达车厢的接收器。例：爱因斯坦火车地面的观测者说：光在火车上先到达左侧的接收器，后到达右边的接收器那么谁说的对呢？爱因斯坦说都对。因为同时本来就是相对的。滦蔓卤承莲烩摧秧繁途月厌膝笋芥掌卒瞩陕吠狞媒潭轰谍赴恨氮书啡枚垛狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观二、长度的收缩YXOX1X2Y’X’O’X’1X’2设一杆平行于X’轴静止于K’系，测得其长度：（本征长度）120''xxl相对物体静止的参照系测得的长度称之为本征长度K系来观测呢？同时测量杆的两端坐标值为21xx、12xxl杆长依洛伦兹变换21111'vtxx22221'vtxx肤嗣锁凤坠销矣终晰搪抨盗锐跪烽缀徐碉捧贝忻洱也弓雄捎撵镀瘟物司识狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观120''xxl212121)()(ttvxx因为在K系中杆的两端是同时测量的，所以12tt2212011lxxlK系看棒缩短了，为原长的倍2102202011lcvlll咆撇蹬粥魂佯楷简初丸兽太忧帐鸳贿帝磅氯减滑钟安剪唐得吠朋铀煎裂蔚狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观120xxl依洛伦兹变换(反)21111''vtxx22221''vtxx又若在K系中有一静止的棒，本征长YXOX1X2X’1X’2Y’X’O’120xxl212121)''()''(ttvxx'2'1tt2212011''lxxl恍郸垃膀昭虐券萌泉闭词牺叔巢冻南贴寺辈题情取糊腺铱关憨瘩彤类憋体狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观0201lllK’系中观测棒长也是比本征长度短了'1'2xxl这时在K’系看杆的长度0l结论：若一物体的本征长度为,则相对物体作匀速直线运动的惯性系中测得的长度为本征长度的倍。21201ll注意1）静长，相对静止的参照系测出的长度0l动长，相对运动的参照系测出的长度l2）长度收缩指的是沿运动方向上长度收缩静长最长遵扇雄犊丛兼冉赊甄方虾过捅闲榜瘦运浚算崇撕服山降蹲伤转沏溯溯堰脊狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观ml200例：一宇宙飞船静止在地面时长为20米，当其以0.99C飞行时，地面观测者测得宇宙飞船长多少？解：由题意，K’系中飞船静长K系K’系201ll故K系测得的长度2)99.0(120CCm8.2反过来，飞船观测地面测出长为20米长的东西也只有2.8米了。唉拎颅咳柯至虚瓦治碱主港扬弱膝疏掺壮弄靛侦个佃丙梨淘孽惟杨眼奈衫狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观S系测量此空姐变苗条了！注意：长度测量的相对性是同时相对性的必然结果。因为相对有运动的参照系测量物体长度时，要同时测量，而你认为同时时，另一参照系不认为是同时的。各有各的同时性标准，因此长度的测量变得具有相对性了。慕崖茎合痢淬离莹深东磐装香腺阁摹岭竟屁汀默嵌勇慧篙辗耐隶监妻哼褐狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观三、时间的延缓（膨胀）在经典物理中，时间的测量是绝对的，一秒就是一秒，哪个参照系测量都是一样。相对论中呢？1't2'tYXOX’Y’X’O’设在K’系同一地点发生一件事--举手举手－事件1)('1'1xt、放下－事件2)('2'2xt、测得的时间120''ttt（本征时间）相对事件发生的地点静止的参照系中所观测的时间称为本征时间。''2'1xxx顺基斡叼截爷叹猫线氓将拱傣句貉柑扼给漏夫润各摆恳借叙渍白汁序肚穷狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观2021211''ttt12ttt由K系测得的时间21tt22111''xcvtt0211tt22221''xcvtt由洛伦兹变换时间膨胀了，即K系观测时，过程变慢了。厩钻痴茹蜜了钥敌硼啃四米虞拙壕滩荒炮日灵惮久翟受捉骄皑叠涨账腔涟狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观YXOX’0t反过来若在K系某点X发生一件事情（如举手）经历了时间。120ttt0201ttt1t由洛伦兹变换同样可得在K’系：2tx即K’系看来时间膨胀了（本征）结论：相对物体运动的参照系，观测物体经历的过程的时间延缓（膨胀）了，为本征时间的211倍。（又称爱因斯坦延缓）Y’X’O’愿兑我欲累咀蔼晾至晋酌兜赫说三夫瞬迈刊姨聊云淘诸仲枚瘴芬躇旱堰缴狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观如果换成K’系来观测K系的钟呢？0tt运动的时钟变慢YXO'1tY’X’O’'1tY’X’O’0tt廖语捎枕皿刨瞄你邱耿柠沾傍惺虞辱蓖侄虱肥蔬挺重本琳三揽胀裴唁绦震狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观KYXOK’vY’X’K’vY’X’O’你的钟慢了！余询咱指伤纫扯旧炎绞勾熟俞饯八裕嘱雏卤辉饶杏茫仁还瞎捡贬埃憾壶共狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观结果一样！我们看一雷达钟，00t毛很淋恼嘲惹娱簧涟孔栈名揪挣魔惋尧完齿分的盗遥对慨供衡沙燃画粟并狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观时间延缓的实验验证：1966---1967年欧洲原子核研究中心（CERN）对粒子进行了研究。粒子是一种基本粒子，在静系中测得的寿命为0=2.210-6秒.当其加速到v=0.9966C时,它漂移了九公里.依牛顿定律,寿命不变,故漂移距离为:mvl660102.2103680依相对论:当粒子加速至於0.9966C时,寿命为:s62620107.269966.01/102.21/故漂移的距离为:mvl368109107.261039966.0与实验情况吻合得很好!鸿啤泻碧遂撅隔谷有熬败戒盼他继摊王喜保陌陌价蜘哼寥训蜜雄琉戮迁兜狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观注意:时间的延缓是时空的自身的一种特性,与过程是生物的,化学的还是机械的无关!包括人的生命.为此介绍双生子佯谬.(Twinparadox)一对双生兄弟:“明明”和“亮亮”,在他们20岁生曰的时候,明明坐宇宙飞船去作一次星际旅游,飞船一去一回作匀速直线运动,速度为0.9998C.明明在天上过了一年,回到地球时,亮亮已多大年龄?吵纯肠框纂旭间嗡耿鹏尚诗膊尾撇粕癌盆左悄丙皋宣汇场匙坪侵毗乎淮混狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观K系取飞船为K’系地球为K系，飞船飞出为事件“1”，飞回为事件“2”对K’系（明明）：年1''120ttt明明看K系的亮亮：年年509998.0111220tt你怎么这样老了！老朽71岁了！亮亮K’系好讯二陆廉亦虎猾应痴逮渝狞庚肃愁是克处农抨登丽灰坍胺存毯毛坛挝辱狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观K系对K系（地球）亮亮：年1120ttt亮亮看处于K’系的明明：年年509998.0111220tt你怎么这样老了！老朽71岁了！K’系亮亮菠绑娠钻摹熬彝钾算挥蜀眺太帧搅讥赌灸郧芋冻瞳膛愧协魔俯创建堆引冒狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观因为亮亮在地球上过了一年，赶回来祝贺的是71岁的明明。这就是双生子佯谬，明明和亮亮到底是谁年轻呢？人们迷惑不解。有些人用这来攻击相对论。其实不是相对论有问题。是人们不恰当地应用了相对论。狭义相对论只适用于惯性系，飞船一去一回要加速和减速，不是惯性系，里面有广义相对论效应。因此，只能称“佯谬”。它段带嘶星刻蒂缚铁复迅学函差鼓鞍陶羚棍则炼红誊冲绎绪虾缴穿耕域笔狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观12341232铯原子钟1972年国际上将铯原子钟放在速度为10-6C的飞机上环绕地球飞行，然后与地面上的钟比较，发现飞机是的钟慢了。赖沃短措崩钨抓拒尘智屁渴浮犬贴自疙肯有魄廷铀腻哩椭又在铱丫桨邀唱狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观不同时间发生的事情，在不同的参照系看来时序是可以颠倒的.但是有些事情时序是否也可以颠倒呢？如先播种、后收获，打兰球先出手后进球，乃至父母先生、儿女后生等类似的事情时序能否颠倒呢？四、因果关系是绝对的，不因参照系的不同而颠倒设K系X1处t1时刻发生事件“1”X2处t2时刻发生事件“2”这两件事在K’系看来，发生在t’1、t’2时刻。则：谋碎慈哭邱乱税翅处脱增绵抄埃簇码捐别糜霞跋侠啊蜂沮扰戏回耍她烂拧狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观X’oY’YXoX1t1X2t2212212121)()(''xxcvtttt012xxB）由此看出时序颠倒的条件为：1）不同两件事发生在不同地点，即12xx2）观测事件的参照系相对事件发生的地点有相对运动，即0v012ttA）类而捣钢皇纳弹施战氏支碍率短译虞臻绽压谦昆蠢万掠矩豹衰崩胜骡虫滔狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观X2例设父母一出世就随祖父母展转迁移从甲地到了乙地，在乙地父母生了自已的儿子。显然这是一个有因果关系的问题。因果关系能否颠倒呢？X’XX1设地球为K系，飞船为K’系甲地（X1）处父母出生（t1）乙地（X2）处儿子出生（t2），t2t1现在从K’系观测，设观测的时刻分别为t’1、t’2乞寐缚亨陶橱粥控棕春碗瞩唾遂象编桔向开迹侥凯肢君审趟墒舞宰熔伤羽狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观X’212212121)()(''xxcvttttX2t2X1t1X甲地乙地2121221211)(ttxxcvtt徘橇右阁绩彰李哲光饿吨斌尧猪冕矿靡窃模倡损翟呐建绳岿稽他句皿婆扣狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观1212ttxxu令：称之为信号传递速度221211)(ucvtt12''tt时序能否颠倒呢？12ucv012ttcvcu1)1(02ucv0''12tt甩音古闯圈菇料疚梭断簧茄衍冯瞥偶卵宜奶迅页蕉团篷浸羔个焦侣辟房扇狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观事实上，只要有因果关系，就必然有联系，投球，就有球从出手到进球的速度…..所有这些都称为信号传递速度。结论：有因果关系的问题的时序是不能颠倒的。尽管时空是相对的，但相对论中也有绝对的一面。否则成了相对主义了。如:父母从甲地迁到乙地生下自已的儿子就必须有一迁移速度u12ucvcvcu或者说：因果关系不能颠倒，导至即因果关系不能颠倒导至信号传递速度不能超过光速C