（精）第6章 相对论-1.ppt

* * * 第6章 狭义相对论基础 （Special Relativity） * * 相对论是由爱因斯坦(Albert Einstein)创立，它包括了两大部分： 狭义相对论(Special Relativity)（1905） 揭示了时间、空间与运动的关系。 广义相对论(general relativity) (1915-1916) 揭示了时间、空间与引力的关系。 重点是狭义相对论的时空观。 狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系。 * * A.爱因斯坦(1879~1955) 二十世纪最伟大的自然科学家，物理学革命的旗手。 (1921年获诺贝尔物理学奖) * * 美国时代周刊1999年12月26日评选出20世纪的世纪人物 ——爱因斯坦 * * 阿 尔 伯 特 爱 因 斯 坦 . 二 十 世 纪 的 哥 白 尼 现 代 时 空 的 创 始 人 Einstein * * * * * * * * 第6章 狭义相对论 （Special Relativity） §6.1 牛顿时空观和力学相对性原理 §6.2 狭义相对论基本假设与洛伦兹变换 §6.3 狭义相对论的时空观 §6.4 洛伦兹速度变换公式（不要求） §6.5 相对论动力学 §6.5.2 相对论动力学方程（不要求） §6.1 牛顿时空观和力学相对性原理 牛顿力学规律在一切惯性系中形式相同 。这称为力学相对性原理或牛顿相对性原理。 一、力学相对性原理(牛顿相对性原理)(p42-43,124) （如在匀速直线运动的船上，观察人的跳跃，抛物，水滴的下落，烟的上升，蝴蝶的飞舞，和船静止不动时一样。） 二、牛顿时空观（绝对时空观） （1）认为时间和空间是彼此独立、互不相关，且独立于物质和运动之外的某种东西。 （2）认为两点间距或两事件时间间隔的测量在任何惯性系中一样。 牛顿的绝对空间是日常经验的空间，日常经验告诉我们，有且只有这么一个空间。它是全人类、太阳、所有行星和恒星所共同拥有的空间。我们都在这个空间里以自己的方式和速度运动，不论如何运动，我们感受空间的方式是一样的。这个空间让我们感觉长、宽、高，而依照牛顿的观点，不论如何运动，只要测量足够精确，我们对同一物体会得到相同的长、宽、高。 牛顿的绝对时间是日常经验的时间，时间像我们的岁月一样无情地流逝，我们用高质量的钟表，或者根据地球的转动和行星的运行来测量时间。全人类、太阳、所有行星和恒星，都共同经历着时间的流逝。依照牛顿的观点，不论如何运动，关于某个行星轨道的周期，或者某个政治家演说的时间，我们会得到一致的结果，只要我们都用足够精确的钟来测量。 ——摘自基普·S·索恩《黑洞与时间弯曲》 三、 伽利略变换(p21,122-123) 惯性系 S系、S′系中都有自己的钟，且均以O′和O点重合的时刻为计时零点。 某质点到达P时，由时间量度的绝对性，两参考系的钟给出的时刻相等： t′=t. 由空间量度的绝对性，P点到xz面（或x′z′面）的距离，由两参考系测出的结果一样，即y′=y. 同理，z′=z. 惯性系 x由S系测量（=两原点间距ut+P到y′z′面的距离） P到y′z′面的距离由S′系测得为x′. 由绝对空间概念，若由S系测量， P到y′z′面的距离也为x′. ∴x=x′+ut ∴有 y′ = y x ′= x- ut z′ = z t′= t ——伽利略坐标变换 逆变换 y = y′ x = x′+ ut z = z′ t= t′ 将x、y、z和x′、y′、z′对时间求导（t′=t）? 伽利略速度变换： 合并 将上式再对时间求导?伽利略加速度变换： （同一质点的加速度在不同惯性系中测得的结果一样） 在牛顿力学里： 力和参考系无关 质量与运动速度无关，也不受参考系影响。 则在 S′系中： 即在S′系中，牛顿定律也成立。 若在S系中 成立， ∴一般地，牛顿定律对任何惯性系都成立。 §6.2 狭义相对论基本假设与洛伦兹变换 一、电磁规律和伽氏变换矛盾 （迈克尔逊-莫雷实验） 如果牛顿的绝对时空的概念崩溃了，牛顿物理学定律的整个大厦就会倾覆。幸运的是，几年过去了，几十年过去了，两百年过去了，牛顿的概念基础依然牢固地屹立着。从行星天地到电的王国到热的世界，它赢得了一个又一个的科学胜利。这个基础没有露出丝毫破裂的迹象——不过，到了1881年，情况不同了。这一年，迈克尔逊（Albert Michelson)开始测量光的传播。 1881年，28岁的美