§ 5-4 狭义相对论的时空观
1.同时的相对性
在牛顿力学中，时间是绝对的。两事件在惯
性系 S 中观察是同时发生的，那么在另一惯性
系 S’中观察也是同时发生的。
狭义相对论则认为：这两个事件在惯性系 S
中观察是同时的，而在惯性系 S’观察就不会再是
同时的了。这就是狭义相对论的同时相对性。
以上说明同时性是相对的。
c
v
c
x
v
t
t
2
2
2
1 ?
?????
??
0?? t则
xxxt ?? ??????? 120
设在惯性系 中，不同地点 和
同时发生两个事件，即,2x?
1x??s
同时的相对性
注意：
a,发生在同一地点的两个事件，同时性是绝对的，
只有对发生在不同地点的事件同时性才是相对的。
b.只有对没有因果关系的各个事件之间，先后次序
才有可能颠倒。
c.在低速运动的情况下,v c ?? 1 ? ?t t? ?时得 。
同时的相对性
2,长度缩短
利用洛仑兹
变换式有：
2
2
2
2
2
2
1
1
1;
1
c
u
utx
x
c
u
utx
x
?
?
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?
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s?在 系观察者同时测棒两端的坐标，棒长为两坐
标的差。即 ? ? ? ? ?L x x
2 1
在 S 系中的观测者认为棒相对 S 系运动，测得
长度应该为
L x x? ?2 1
2
2
12
12
1
c
u
xx
xx
?
?
?????
LLcuLL ??????? 2
2
1
长度缩短
结论：
从对物体有相对速度的参考系中所测得的沿速
度方向的物体长度，总比与物体相对静止的参考系
中测得的长度为短。
说明：
相对论, 尺缩效应, 是相对论的时空属性，和
平常看到远处物体变小是两回事。
长度缩短
由于 S’以一定的速度运动。根据洛仑兹变换式有：
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
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????
????
)(
)(
222
2
2
212
2
1
1
1
c
xu
t
c
u
t
c
xu
t
c
u
t
同长度不是绝对的一样，时间也不是绝对的。
设在 S’系中一固定坐标处有一只静止的钟，记录在
该处前后发生的两个事件，两事件的时间间隔为：
而有 S 系中的钟所记录两时间的时间间隔为：
? ? ? ? ? ?t t t2 1
? t t t? ?2 1
3.时间的膨胀
时间的膨胀
tt
tt
c
u
tt
?????
?????? )(1
122
2
12
说明：
（ 1）运动时钟的变慢完全是相对论的时空效应，
与钟的具体结构和其他外界因素无关。
（ 2）运动时钟变慢在粒子物理学中有大量的
实验证明。
时间的膨胀
4.两种时空观对照
经典时空观：
相对论时空观：
空间是绝对的，时间是绝对的，空间、时间
和物质运动三者没有联系。
a.时间、空间有着密切联系，时间、空间与物质
运动是不可分割的。
b.不同惯性系各有自己的时间坐标，并相互发现
对方的钟走慢了。
两种时空观对照
c.不同惯性系各有自己的空间坐标，并相互发现
对方的“尺”缩短了。
d.作相对运动的两个惯性系中所测得的运动物体
的速度，不仅在相对运动的方向上的分量不同，
而且在垂直于相对运动方向上的分量也不同。
e.光在任何惯性系中传播速度都等于 C,并且是
任何物体运动速度的最高极限。
f.在一个惯性系中同时发生的两事件，在另一惯
性系中可能是不同时的。
两种时空观对照
c.不同惯性系各有自己的空间坐标，并相互发现
对方的“尺”缩短了。
d.作相对运动的两个惯性系中所测得的运动物体
的速度，不仅在相对运动的方向上的分量不同，
而且在垂直于相对运动方向上的分量也不同。
e.光在任何惯性系中传播速度都等于 C,并且是
任何物体运动速度的最高极限。
f.在一个惯性系中同时发生的两事件，在另一惯
性系中可能是不同时的。
两种时空观对照
1.同时的相对性
在牛顿力学中，时间是绝对的。两事件在惯
性系 S 中观察是同时发生的，那么在另一惯性
系 S’中观察也是同时发生的。
狭义相对论则认为：这两个事件在惯性系 S
中观察是同时的，而在惯性系 S’观察就不会再是
同时的了。这就是狭义相对论的同时相对性。
以上说明同时性是相对的。
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设在惯性系 中，不同地点 和
同时发生两个事件，即,2x?
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同时的相对性
注意：
a,发生在同一地点的两个事件，同时性是绝对的，
只有对发生在不同地点的事件同时性才是相对的。
b.只有对没有因果关系的各个事件之间，先后次序
才有可能颠倒。
c.在低速运动的情况下,v c ?? 1 ? ?t t? ?时得 。
同时的相对性
2,长度缩短
利用洛仑兹
变换式有：
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标的差。即 ? ? ? ? ?L x x
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长度应该为
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长度缩短
结论：
从对物体有相对速度的参考系中所测得的沿速
度方向的物体长度，总比与物体相对静止的参考系
中测得的长度为短。
说明：
相对论, 尺缩效应, 是相对论的时空属性，和
平常看到远处物体变小是两回事。
长度缩短
由于 S’以一定的速度运动。根据洛仑兹变换式有：
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同长度不是绝对的一样，时间也不是绝对的。
设在 S’系中一固定坐标处有一只静止的钟，记录在
该处前后发生的两个事件，两事件的时间间隔为：
而有 S 系中的钟所记录两时间的时间间隔为：
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3.时间的膨胀
时间的膨胀
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说明：
（ 1）运动时钟的变慢完全是相对论的时空效应，
与钟的具体结构和其他外界因素无关。
（ 2）运动时钟变慢在粒子物理学中有大量的
实验证明。
时间的膨胀
4.两种时空观对照
经典时空观：
相对论时空观：
空间是绝对的，时间是绝对的，空间、时间
和物质运动三者没有联系。
a.时间、空间有着密切联系，时间、空间与物质
运动是不可分割的。
b.不同惯性系各有自己的时间坐标，并相互发现
对方的钟走慢了。
两种时空观对照
c.不同惯性系各有自己的空间坐标，并相互发现
对方的“尺”缩短了。
d.作相对运动的两个惯性系中所测得的运动物体
的速度，不仅在相对运动的方向上的分量不同，
而且在垂直于相对运动方向上的分量也不同。
e.光在任何惯性系中传播速度都等于 C,并且是
任何物体运动速度的最高极限。
f.在一个惯性系中同时发生的两事件，在另一惯
性系中可能是不同时的。
两种时空观对照
c.不同惯性系各有自己的空间坐标，并相互发现
对方的“尺”缩短了。
d.作相对运动的两个惯性系中所测得的运动物体
的速度，不仅在相对运动的方向上的分量不同，
而且在垂直于相对运动方向上的分量也不同。
e.光在任何惯性系中传播速度都等于 C,并且是
任何物体运动速度的最高极限。
f.在一个惯性系中同时发生的两事件，在另一惯
性系中可能是不同时的。
两种时空观对照
