1第5章 狭义相对论.ppt

* 第5章 狭义相对论 Special Relativity 第1节 伽利略变换 第2节 狭义相对论的基本假设 第3节 狭义相对论的时空观 第4节 洛仑兹变换 第5节 狭义相对论动力学简介 前言：19世纪末，“完美”的经典物理学 黑体辐射与“紫外灾难” 迈克尔逊实验与“以太”说破灭 量子力学诞生 相对论建立 物理学晴朗天空飘着‘两朵乌云’: 量子论和相对论是现代物理学的两大支柱 “2005年” 为世界物理学年。 §5.1 伽利略变换 1. 牛顿绝对时空观 （1）时间是绝对的（与参照系选择无关） （2）空间是绝对的（与参照系选择无关） 结论：对不同的惯性参照系，牛顿定律及其他力学基本定律的形式都是一样的。 ——（牛顿）力学相对性原理 2. 伽利略变换（绝对时空观的依据） 两系各轴互相平行O对 O以 v 运动; 时空无联系 在牛顿力学中，两个不同的惯性系中测得的同一事件的时空坐标之间的变换称为伽利略变换。 t=0时刻，O、 O重合 ①两惯性系伽利略坐标变换： 对上式求导得： ②伽利略速度变换： 考察任意时刻一事件P在两惯性系的时空坐标 经典力学 速度迭加原理 一切惯性系中的力学规律都是相同的 ——力学相对性原理(伽利略相对性原理) ——伽利略变换关系 考察空间中任意两点间的距离, 两个参考系中测量值分别为： 3.牛顿的时空观 在S系中： 在S系中： ②空间间隔的测量与参照系无关 （反映牛顿时空观） ① “同时”是绝对的； 时间间隔与参考系无关。 3 牛顿的时空观：时间的量度和空间的量度都与参考系无关，时间和空间无关，时间、空间与物质的运动无关。 伽利略相对性原理：一切惯性系中的力学规律都是相同的 问题是：一切惯性系中其它物理规律（比如电磁学规律）是否也相同呢？ 光速不变！ 对电和磁的现象：Maxwell在1861年提出的电磁场满足的一组电磁场规律的方程 Maxwell方程组 光波在真空中的传播速度 小结： 从经典力学出发： 电磁波 速度为c 只对特定的参考系 电磁波的麦氏方程组 只对该参考系 成立！ 肯定了一个特别优越的参考系 “以太学说”： “特殊的”，“绝对的”参考系 以太充满整个宇宙，绝对静止的。 ——光和电磁波相对以太的速度。 迈克耳逊—莫雷实验 寻找以太，以证明其存在! (地球相对以太速度） 零结果！ 修改！ 区别于力学规律 光速（电磁波的运动）不服从伽利略变换！！ 同时！ 同时！ 同时性是绝对的！ 时间间隔的测量与参照系无关！ Einstein认为： “同时的相对性”——新的时空概念。 2o特殊的惯性系是不存在，物理规律对一切惯性系都相同。 Einstein建立了新的力学——相对论力学。 1o同时性在不同的惯性系中都是相对的。 新理论的出发点是什么？ (1)爱因斯坦相对性原理 一切物理规律（力、电磁等）在任何惯性系都是相同的。 (2)光速不变原理 光在真空中传播的速率对任何惯性系中都是c，与光源运动与否无关。 Lorenz-Einstein 变换式 Lorenz 变换式 零结果?以太存在 1904修正电磁理论 Einstein:对传统的时空观、物质观做出了根本性、革命性的修正！ 光速不变 实验验证 迈克耳逊—莫雷实验 1964-1966年,欧洲核子中心的实验直接验证了光速不变的原理： 以0.99975c的高速飞行的 介子,在飞行中辐射光子,得到光子的实验室速度数值仍然是c . 设有如下思想实验： y y x x A B M v O 在 S 系中观察： 光到达A和光到达B这两事件不会同时发生！！ 光到达A和光到达 B这两事件同时发生。 在 S系中观察： 可见：两物理事件是否同时发生,不是绝对的,而是依赖于参考系的选择。 1.由光速不变原理得出的结论之一： 同时性的相对性 第3节 狭义相对论的时空观 A B 光的速度c不变 在地面上看A′靠近光源，B′远离光源； 光走过的距离发生了变化； A′早些。 ——同时的相对性 距离？ （到达A为事件1；到达B′为事件2） y y x x A B M v O A B 考察光到达A和B两事件的时间间隔： 在 S 系中观察： 光到达A和光到达B′两 事件时间间隔 在 S系中观察： 光到达A和光到达B′两 事件时间间