1、15.2 15.2 时间和空间的相对性时间和空间的相对性 在经典物理家的头脑中，如果两个事件在一个在经典物理家的头脑中，如果两个事件在一个 参考系中看来是同时的，在另一个参考系中看来也参考系中看来是同时的，在另一个参考系中看来也 一定是同时的，但是如果接受爱因斯坦的两个假设，一定是同时的，但是如果接受爱因斯坦的两个假设， 我们会得出“同时是相对的”这样一个结论我们会得出“同时是相对的”这样一个结论 一、“同时”的相对性一、“同时”的相对性 车厢上的人和地面上的人看到车厢中间灯光到车厢上的人和地面上的人看到车厢中间灯光到 达前后车厢的先后是不一样的达前后车厢的先后是不一样的 车上车上的观察者认为
2、光的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁同时到达车厢的前后两壁 站台上站台上的观察者认为光的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁先到车厢后壁后到前壁 结论：结论： 1 1、对于运动的火车上同时发生的两个事对于运动的火车上同时发生的两个事 件件，对于地面就不是同时的对于地面就不是同时的 关键：在各个参考系中光速都为关键：在各个参考系中光速都为c c 2 2、地面上同时发生的两个事件地面上同时发生的两个事件，对于运对于运 动的火车也不是同时的动的火车也不是同时的 关键：相对运动关键：相对运动 课本课本P P101 101 思考与讨论 思考与讨论 二、长度的相对性二、长度的相对性 v v 车上的人看到的车
3、厢的长度：车上的人看到的车厢的长度： 车外的人看到的车厢的长度：车外的人看到的车厢的长度： 0 l l 0 l l 2 0 1 c v ll 注意：注意： 长度缩短效应长度缩短效应只发生在只发生在相对运动的方向上相对运动的方向上 如上例中的如上例中的 X X 轴方向上，在轴方向上，在Y Y 轴方向上轴方向上 无无长度缩短效应长度缩短效应 动尺变短（空间收缩效应）动尺变短（空间收缩效应） S S O O X X YY A B O O S S X X Y Y u 1 x l 结论结论 一条一条沿自身长度方向运动沿自身长度方向运动的杆，的杆， 其长度总比杆静止时的长度小其长度总比杆静止时的长度小 斐
4、克小伙剑术精，斐克小伙剑术精， 出刺迅捷如流星，出刺迅捷如流星， 由于空间收缩性，由于空间收缩性， 长剑变成小铁钉长剑变成小铁钉. . 三、时间间隔的相对性三、时间间隔的相对性 在站台上看运在站台上看运 动火车上的钟动火车上的钟 在火车上看运在火车上看运 动站台上的钟动站台上的钟 高速运行的列车上，由车厢底部发出的闪光，对高速运行的列车上，由车厢底部发出的闪光，对 于车上的人来说，闪光是在竖直方向反射的，而车于车上的人来说，闪光是在竖直方向反射的，而车 厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的 由光速不变原理便由光速不变原理便 得到不同的时间间隔得到不同
5、的时间间隔 对于车厢内的人：对于车厢内的人： 对于车厢外的人：对于车厢外的人： c h t 2 0 22 2 4 vc h t h 2 0 1 c v t t 相对速度与动钟延缓效应相对速度与动钟延缓效应 ( =1s( =1s） 相对速度与动钟延缓效应相对速度与动钟延缓效应 ( =1s( =1s） V（米（米/秒）秒） 0.1c=3107 0.5c 0.8c 0.9c 0.99c 0.999c 0.9998c T(秒秒) 1.01 1.15 1.67 2.29 7.1 22.4 50 四、时空相对性的实验验证四、时空相对性的实验验证 根据相对论，时间根据相对论，时间 在运动中会进行的比在运动中
6、会进行的比 较缓慢，也就是说，较缓慢，也就是说， 在空间中高速移动的在空间中高速移动的 时钟，比固定于地面时钟，比固定于地面 上的时钟走得慢上的时钟走得慢 19711971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环 球飞行，然后与地面的基准钟对照实验结果与理论预球飞行，然后与地面的基准钟对照实验结果与理论预 言符合的很好这是相对论的第一次宏观验证言符合的很好这是相对论的第一次宏观验证 早在早在19411941年年，科学家通过对宇宙线的观科学家通过对宇宙线的观 测证实了相对论的结论测证实了相对论的结论，美国科学家罗西和美国科学家罗西和 霍尔在不同高度统计了宇
7、宙线中霍尔在不同高度统计了宇宙线中 子的数量子的数量， 结果与相对论预言完全一致结果与相对论预言完全一致 2 0 1 c v t t 2 0 1 c v ll 当两个参考系的当两个参考系的 相对速度可与光速相相对速度可与光速相 比时，时间与空间的比时，时间与空间的 相对性才比较明显相对性才比较明显 狭义相对论的结论已经完全得到证实，实际狭义相对论的结论已经完全得到证实，实际 上它已经成为微观粒子研究的基础之一上它已经成为微观粒子研究的基础之一 牛顿牛顿物理学的物理学的绝对时空观绝对时空观：物理学的：物理学的空间空间 与时间与时间是绝对分离是绝对分离没有联系没有联系的的，脱离物质而单脱离物质而单
8、 独存在独存在，与物质的运动无关与物质的运动无关。 而相对论认为：有物质才有时间和空间而相对论认为：有物质才有时间和空间， 空间和时间与物体的运动状态有关空间和时间与物体的运动状态有关。 人类对于空间人类对于空间、时间更进一步的认识而形时间更进一步的认识而形 成的新的时空观成的新的时空观，是建立在新的实验事实和相是建立在新的实验事实和相 关结论与传统观念不一致的矛盾基础上关结论与传统观念不一致的矛盾基础上，不断不断 发展发展、不断完善起来的不断完善起来的。 五、相对论的时空观五、相对论的时空观 小小 结结 一、一、“同时同时”是相对的是相对的 二、长度的相对性二、长度的相对性 三、时间间隔的相对性三、时间间隔的相对性 2 0 1 c v t t 2 0 1 c v ll
