物理竞赛 ：相对论浅涉

大自然及其法则在黑暗中隐藏;上帝说:“派牛顿去吧!”

于是,一切豁然开朗。但这并不久长。 魔鬼大喝一声：派爱因斯坦去！ 于是，一切恢复原样。

为描述物体的机械运动所取的参考系，根据 牛顿运动定律是否适用而分别称作惯性参考系 与非惯性参考系:伽利略通过实验指出：

一切彼此相对做匀速直线运动的惯性参考系， 对于描写运动的力学规律是完全等价的，任何 力学实验都不可能确定某个惯性系是否“绝对 静止”.

v车 50m/s

v镖-车 v镖

x镖-车

t x x镖 t

20m/s

飞镖速度 是20m/s

70m/s x

x镖-车

飞镖速度 是70m/s

v t v0 a t v t u v0 u a t u

F ma

F=ma

任何不做加速运动的 观察者都观察到同样的力 学规律！

感应圈

苹果下落加 速度是g

任何不做加速运动的观察者都观察到同样 的自然规律，在速度不变的封闭系统内做的任 何实验都不能确定系统是静止的还是运动的.

c 3 10 m/s v船 0.25c8

光是静止的? 太荒谬了

v船 cc

光的速度是 2.25×108m/s耶

1

0 0

光的速度是 3×108m/s

⑴相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都 是相同的.

⑵光速不变原理：在彼此相对做匀速直线运动的任一惯性参 考系中，所测得的光速都是相等的. 示例物理学家把建立在两条原理基础上的一系列理论叫做

构架

这个实验是为了观察绝对静止的以太中的光干涉图样而设计的

l l t1 c v c v2l 2 v c 1 c 1

以太风

vM①

M

l

Bl ②

S

t2 2

l

1 22l0.6 1 1 91 t1 t2 t t25 111 10c82 0.02T2 / c2 cc 2/ 10 v 8 1 1 10 v

2l 2 2 c 1 v /c

c v2

2

1

2l 9 t1 300 s t2 10 T c c

“至和元年五月巳丑,出

天关东南可数寸,岁余稍没.” 超新星刚爆发时,光信号源获得向 说的是我国北宋至和元年观 测到一颗超新星爆发，肉眼 外速度v! 白日可见，约2个月后光度 减半,一年余用肉眼完全看 L 不见.根据现代的观测资料， 由伽俐略的相对性: 这超新星遗迹即今金牛座中 向着地球膨胀的信号向地球的最大速度为 c+v 的蟹状星云，其到地球的距 离为L=5000光年，爆发是 背着地球膨胀的信号向地球的最小速度为 c-v 匀速球状膨胀，向外膨胀的 各信号到达地球先后间隔 平均速率约 5×10-3光年/ L L 年.如果光速与光源运动速 t 度有关，则在刚爆发后，地 c v c v 球上白天能用肉眼看到它的 5000c 5000c 时间有多长？

0.995c

年

1.005c

年

50年

与史料记载不符

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1966年做过的实验: 一个以0.99975c运动的π0介子

发生衰变向 前和向后各辐射一个光子：

0

精确实验测得，向前、向后运动的光子速度 都仍是c.

时 间 的 相 对 性

空 间 的 相 对 性

速 度 的 相 对 性

质 量 的 相 对 性

质 量 能 量 等 当

相对性原理

光速不变原理

★设有两个事件，在一个参考系中同时 发生在两个不同地点，而在另一个参考 系中，观察者却测得这两个事件发生的 时刻并不相同，同时的概念是相对的， 是随着参考系的选择而改变的.

事件A——闪光照到后壁

事件B——闪光照到前壁 0.8c小爱:闪 光同时到 达

小因:闪光 先到后壁

事件A——后壁人开枪

事件B——前壁人开枪 0.8c同时开 枪

A先开 枪

地面上P、Q两处同时发生两个事件 表示两事件发生的两闪光相遇在P、Q中点飞船上的人观察到什么？Q事件先发生噢

P

Q

同时发 生