《華中科技大學(xué)大學(xué)物理雙生子.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《華中科技大學(xué)大學(xué)物理雙生子.ppt（20頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1 一 觀看運動的時鐘及運動的物體 1 觀看運動的時鐘 運動時鐘變慢是指運動著的單一時鐘與另一慣性系異地同步時鐘相比較時讀數(shù)變慢 運動時鐘在時刻發(fā)出一光脈沖 觀察者接收時刻 事件1 事件2 運動時鐘在時刻發(fā)出另一光脈沖 觀察者接收時刻 2 觀察者記錄兩到達脈沖的時間差 設(shè)運動時鐘固有時為 時間膨脹效應(yīng) 若運動時鐘背離觀察者 觀察者看到運動時鐘變慢 觀察者看到運動時鐘變快 若運動時鐘朝向觀察者 3 2 觀看運動的物體 當我們觀看一個運動物體時 意味者眼睛在同一時刻接收到來自物體不同部位發(fā)射的光子 物體靜止時 僅看到bc 物體沿bc方向運動時 可看到物體的縱深 a點的光子是在b點之前發(fā)出的 超前的時間為 在這段時間內(nèi)b點移動距離 ab邊觀察者看到的似乎是 相當于ab轉(zhuǎn)了一個角度 h h 4 正是運動長度收縮的結(jié)果 當我們?nèi)タ匆粋€運動的物體時 運動物體沒有變扁 而是等效于原物整體轉(zhuǎn)過一個角度 此時bc邊的投影 5 二 雙生子 佯謬 1 6 其中包含了廣義相對論效應(yīng)和狹義相對論效應(yīng) 1972年 兩個校準后的銫頻標原子鐘實驗 精度是10 13s 一個留在地球上 一個放在超音速飛機上繞地球一周 與地球自轉(zhuǎn)相反方向 比較結(jié)果 經(jīng)過飛行的鐘慢了10 7s 有關(guān)結(jié)論 7 用一對雙生子代替時鐘A B 雙生子佯謬 假設(shè)有一對雙胞胎兄弟A和B A靜止于地球上 B乘宇宙飛船以速度v去某星球 到達終點后 迅速逆轉(zhuǎn)航向 以同樣大小的速度返回地球 兄弟重逢 哪一個年輕一些呢 鐘慢效應(yīng) 但運動是相對的 這一過程又可認為B鐘靜止 A鐘運動 A鐘比B鐘慢 矛盾的結(jié)果 時鐘佯謬 有兩只同樣結(jié)構(gòu)的鐘A和B 設(shè)A鐘靜止 B鐘以勻速直線運動離開A鐘 經(jīng)一段時間后減速 并折回以勻速與A鐘重新會合 B鐘比A鐘慢 8 雙生子佯謬可以用多普勒效應(yīng) 時空圖等進行解釋 首先要指出 A和B的運動并不對稱 飛船到達目的地而掉頭的過程中 B從一個慣性系S 相對地球以速度v運動 轉(zhuǎn)換到另一慣性系S 相對地球以速度 v運動 但對于地球上的留守者A不存在類似的情況 他始終處于同一慣性系S中 因此 這一對雙生子并不處于對等地位 年齡計算上的矛盾并不存在 既然B的航向逆轉(zhuǎn)是一個加速過程 嚴格說來 這個問題應(yīng)當用廣義相對論處理 不過 如果假定航向逆轉(zhuǎn)時間極短 我們?nèi)匀豢梢杂锚M義相對論來解決 R A Muller Am J Phys 40 1972 966 9 狹義相對論的結(jié)論 設(shè)B開始旅行時 其位置為x 0 地球上的鐘與飛船上的鐘均對準 且t t 0 離星球的距離為DA A測得 B測得地球離星球的距離為DB 長度收縮 分別在A系 B系中計算A和B的相對年齡 并比較所得結(jié)果 10 一 矛盾的結(jié)果 1 地上觀察者看鐘 A系 A的年齡增長 B運動的總距離為2DA 速度是v 返回的速度為 v 航行的時間為2DA v 1 地球上的鐘 2 飛船的鐘 兩系時間間隔關(guān)系 B的年齡增長 11 年齡差 兩系時間間隔關(guān)系 A比B老 2 飛船上觀察者看鐘 B系 B的年齡增長 年齡差 A的年齡增長 B比A老 12 二 矛盾的原因 為正確結(jié)論 1 地上觀察者看鐘 A系 B的運動過程 以速度v到達星球 以速度 v返回星球 飛船的鐘延緩與運動方向無關(guān) A比B老 2 飛船上觀察者看鐘 B系 飛船在飛向星球 再由星球返回 B是從一個慣性系S 變到另一慣性系S 必須分別在兩個慣性系中計算兩者的年齡差 13 三 矛盾的解決 時間間隔 1 飛船飛向星球 S 系 A的鐘和B的鐘的關(guān)系 2 飛船返回星球 S 系 A的鐘和B的鐘的關(guān)系 A的年齡增長 14 2 飛船返回星球 S 系 時間間隔 A的年齡增長 15 在B的整個旅行期間 A的年齡增加為 設(shè) B的年齡增加為 年齡差 得 地球上的人比飛船上的人老了8y 與A系的結(jié)論一致 16 設(shè)地球與一星球相距8光年 飛船以v 4 5c的速度從地球 星球 當飛船對準地球的時刻 地球上的鐘與飛船上的鐘均對準 且t t 0 一 去星球所花的時間 1 地上觀察者看鐘 S系 1 地球上的鐘 2 飛船的鐘 結(jié)論 17 2 飛船上觀察者看鐘 S 系 2 地球的鐘 1 飛船上的鐘 S系 t 10y t 6y 結(jié)論 18 到底誰年輕 必須回到一起比較 二 回來所用的時間 1 地上觀察者看鐘 S系 1 地球上的鐘 飛船上的人比地球上的人年輕了8y 設(shè)去時坐飛船A S 系 回來坐飛船B S 系 2 飛船上的鐘 共20y 共12y 地面上的結(jié)論 19 2 飛船 S 系 上觀察者看鐘 S 系看B船去追趕地球 S 系 去時 t 18 5 t A 6 B船比地球速度快 速度 每秒可追上36 205c的距離 需多久追上地球 1 飛船 S 系 的鐘 20 B船上的鐘 時間膨脹 結(jié)論 B船上的人回去經(jīng)歷6y 即 飛船上的人共經(jīng)歷12y 但人在B船上 B相對S 的速度 S 系 去時 t 18 5 t A 6 2 地球上的鐘 結(jié)論 B船從星球 地 地上人經(jīng)歷了82 5y 地球上的人比飛船上的人老了8y S 系的結(jié)論 S 系看 S 系看