理学狭义相对论基础.pptx

理学狭义相对论基础第1页/共71页 2 主要内容： 牛顿的时空观 爱因斯坦的时空观 爱因斯坦的狭义相对论 牛顿的相对性原理伽利略变换相对性原理、光速不变原理革命性的洛仑兹变换运动学效应时间膨胀长度收缩本章：将对运动与时空有一崭新的认识第2页/共71页 3从哥白尼到爱因斯坦 --- 参考系的选择从哥白尼的日心说到爱因斯坦的广义相对论的过程，是人们逐步摆脱以我为核心的过程。没有特殊参考系的观点，就是以客观规律为准的观点。没有特殊参考系就是各参考系平权。平权就是各向同性，就是对称性。纪念哥白尼诞辰500周年学术会的标题第3页/共71页 4学习本章的正确态度1) 超越自我认识的局限2) 自觉摆脱经验的束缚 --以事实为依据 牛顿的相对性原理 狭义相对性原理 广义相对性原理 适用范围惯性系 宏观低速惯性系所有参考系逐渐深化的过程明确本章研究的问题: 在两个惯性系中考察同一物理事件实验室参考系 定为S系运动参考系 定为S系第4页/共71页 56.1 牛顿相对性原理和伽利略变换在两个惯性系中考察同一物理事件一、绝对时空观伽利略变换坐标变换:oyxz速度变换:加速度变换:第5页/共71页 6二、牛顿的相对性原理在牛顿力学中力与参考系无关，质量与运动无关。宏观低速物体的力学规律在任何惯性系中形式相同或 牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变如：动量守恒定律（以两质点碰撞为例）牛顿的相对性原理动量守恒定律在伽利略变换下形式不变利用伽利略变换第6页/共71页 7什么是绝对时空观?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 )由第7页/共71页 86.2 爱因斯坦的相对性原理和光速不变原理一、伽利略变换的困难1.迈克耳逊-莫雷的零漂移实验波程差亮暗{条纹移动实测未找到绝对的惯性参考系。LLM1M2*Su(地球速度）迈克尔逊干涉仪转900LLM1M2*S第8页/共71页 92.光速是否与光源运动有关？击前 球上散射光速c击后 球上散射光速c+u＜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：第9页/共71页 10c+uc地球超新星爆发中抛射物速度u=1500公里/秒按牛顿观点但实际只有2年，相差甚大！说明光速与光源运动无关！目前人们用同步加速器产生以0.99975c运动的中性π介子，衰变时发射γ射线沿运动方向速度与静止时测得的c一致。u第10页/共71页 11二、狭义相对论的基本假设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 cc = 2108 m s-1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，在时间和信号速度之间有着不可分割的联系。利用这一新概念，我第一次彻底地解决了这个难题。一切物理规律对所有惯性参考系等价。*爱因斯坦：两者之间似乎存在着矛盾！p第11页/共71页 12一. 洛伦兹变换1）满足相对性原理和光速不变原理2）当质点速率远小于真空光速 c 时，该变 换应能使伽利略变换重新成立。oyxz6.3 狭义相对论运动学伽利略变换关系不成立！第12页/共71页 13根据相对性原理，新的时空变换关系必须是线性、协变的。对s’系的原点o’有和即设对s系的原点o有和即设根据相对性原理根据光速不变原理和（1），（2）相乘可得(1)(2)oyxz第13页/共71页 14时空坐标变换：令oyxz第14页/共71页 15它们之间的相对变换：逆变换：正变换：2. 洛仑兹变换下的速度变换:第15页/共71页 16坐标变换:速度变换:第16页/共71页 17讨论：1）速度的变换公式，保证了光速 c 不变性。如：若在 S系中则S’系中2)无论在真空还是在介质中,无论用什么方法,都不可能使一信号速度大于光速.SS’S’系相对于S系运动速度而在S’系中一粒子的运动速度求S系的第