闵氏时空图在相对论教学中的应用

杨志万

(四川理工学院 理学院，四川 自贡　643000)



闵氏时空图在相对论教学中的应用

杨志万

(四川理工学院 理学院，四川 自贡643000)

将闵科夫斯基二维时空图应用于大学物理课程中的相对论教学，直观地揭示了狭义相对论时空观以及“尺缩钟慢”效应与“同时的相对性”的内在联系．

相对论教学；二维时空图；同时的相对性；“尺缩钟慢”效应；内在联系

在大学物理“狭义相对论”一章的教学中，只用洛伦兹变换公式以代数解析的方式，难以使学生深刻认识和体会相对论时空观．如何让学生尽可能深刻地理解狭义相对论时空观，如：同时的相对性、因果时序、“尺缩钟慢”效应与“同时的相对性”的内在联系，形成较为系统的知识结构，成了大学物理相对论教学的一个难点．教学中发现，在代数解析的基础上配合形象直观的闵可夫斯基时空图进行教学，学生不仅乐于接受，而且能起到事半功倍的教学效果．

1　闵科夫斯基二维时空图简介

狭义相对论诞生后，闵科夫斯基于1908年专门为相对论创立了四维闵氏几何[1](伪欧几何)．取横坐标代表三维空间坐标(通常只画出一维)，纵坐标ct代表时间坐标．由一维时间和三维空间构成的闵科夫斯基四维时空称为世界，任意一个事件在时空图上表示为一点称为世界点．随着时间的流逝，世界点在时空图上画出一条连续轨迹，称为世界线．为了在平面上形象地图示闵氏时空，通常采用由一维时间(ct)与一维空间(x)构成的二维……