哈工大大学物理物（三）课件——7.ppt

第5章 狭义相对论 5.1 经典力学的相对性原理 伽利略变换 （1）伽利略变换式 经典力学的相对性原理 坐标变换: o y x z 速度变换: 加速度变换: 经典力学相对性原理 对一切惯性系，牛顿定律及其他力学规律的形式都是一样的。 1. 时间,空间与物质的运动无关. 2. 时间与空间彼此无关. 3. 时间间隔,空间间隔的度量绝对不变. ( S系中必须同时测量长度两端 ) 由 （2） 牛顿的绝对时空观 绝对空间，按其本性，不受外界事物的影响，总是保持不变 并且不可移动。绝对的时间，按其本性独立地向前均匀流逝，而 不受外界任何事物的影响。 击前 球上散射光速c 击后 球上散射光速c+v ＜ 应看到球先动后静止。 是否c过大，L过小？ 天文实例： 1731年英国一位天文爱好者观察到南方夜空的金牛 座上一团云雾状东西，外型象螃蟹，称蟹状星云，距 我们五千光年。观测表明以年0.21``速率膨胀。到1920 年已膨胀到180``，推算膨胀开始于860年前，即1060 年左右。人们推算这是900年前一次超新星爆发抛出 的气体壳层。这一点在我国史记中得到证实，《宋会 要》记载：客星（超新星）最初出现在北宋至和元年 （公元1054年），位置在金牛座天关附近，白昼看起 来赛过金星，历时23天，后慢慢暗下来，两年后“隐 没”。 击球： （3）伽利略相对性原理的困难 A B D c+u c-u c L 地球 L=5000光年 u = 1500公里/秒. 年 年 50年， 25年，2年 说明光速与光源运动无关！ 19世纪60年代麦克斯韦建立了解释电磁现象的方程---Maxwell Eqution。并导出了电磁波的方程。 （4） 光的波动性和“以太风”测量零结果 C为真空中的光速 但是，人们发现麦克斯韦电磁波方程不满足伽利略变换，是电磁波方程出了问题还是伽利略变换出了问题？如果要保证两者都正确，必须假定真空中存在着光的传播媒质“以太”。 机械波（声波） 电磁波(光波） 1）依靠弹性媒质传播，波速和声源速度无关，由弹性模量和媒质密度决定。 如声波在空气中传播 2）声速会受到风的影响，即媒质相对选定参考系运动的影响。 1）光速和光源速度无关，依靠弥漫宇宙的“以太”传播。 光速很大，故“以太”应比钢还硬且星体在其中运动时要畅行无阻。 2）光速会受到“以太”风的影响，即“以太”相对选定参考系运动的影响。 转900 波程差 条纹移动 v L L M1 M2 * S 转900 G 迈克耳逊—莫雷实验（寻找以太的实验） 仪器可测量精度 实验结果 未观察到地球相对于“以太”的运动. 这意味着经典物理学出了问题，意味着什么绝对时间、绝对空间、伽利略变换等等都有问题。就像一朵乌云一样遮住了物理学晴朗的天空。 不存在以太？ 同一束光在不同 参照系下观测值 相同！ 1900年英国物理学家开尔文在瞻望20世纪物理学的发展的文章中说到： “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，----” “在已经基本建成的科学大厦中，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。” --开尔文-- 这两朵乌云是指什么呢？ 热辐射实验 迈克尔逊- 莫雷实验 后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。 量子力学的诞生 相对论问世 经典力学 量子力学 相对论 微观领域 高速领域 今天来介绍相对论 爱因斯坦生平 爱因斯坦（Albert Einstein ，1879-1955）出生于德国符腾堡的乌尔姆镇，犹太人。1896年10月考入苏黎世工业大学攻读物理学，1900年8月毕业一度失业，1902年6月到伯尔尼瑞士专利局任技术员。1905年发表了阐述狭义相对论、光量子理论和布朗运动等四篇论文，推动了物理理论变革。1916年发表《广义相对论基础》由于光量子方面的贡献，1921年他荣获诺贝尔奖（他路过上海时得到获奖消息）。1933年希特勒执政，他成为纳粹的迫害对象，幸而在美国讲学才未受迫害，同年定居美国。1955年4月18日逝世 一、 狭义相对论的基本原理 1、相对性原理 2、光速不变原理 在所有的惯性系中，光在真空中传播的速率具有相同的值 c c = 2108 m s-1 一切物理规律对所有惯性参考系等价。 忽然我领悟到这个问题的症结所在。这个问题的答案来自对时间概念的分析，不可能绝对地确定时间，在