ch08-1 相对性原理.ppt

正变换 逆变换 令 得 注意： 2. 速度变换 设S系: S ′系: 根据速度定义得： * 第八章 狭义相对论 对称性扩展 伽利略 变换 绝对时空观 力学相对性原理 洛仑兹 变换 狭义相对论时空观 相对论动力学基础 狭义相对性原理 光速不变原理 学时： 8 重点： 狭义相对论的两条基本原理 洛仑兹坐标变换 狭义相对论时空观（“同时”的相对性、钟慢尺缩） 质速关系，质能关系，能量与动量关系 难点： 狭义相对论时空观 前言：相对论产生的历史背景和物理基础 经典物理：伽利略时期 —— 19世纪末 经过300年发展，到达全盛的“黄金时代” 形成三大理论体系 1.机械运动：以牛顿定律和万有引力定律为基础的 　　　经典力学 2.电磁运动： 以麦克斯韦方程组为基础的经典电磁学 3.热运动：以热力学定律为基础的宏观理论(热力学) 　　 以分子运动为基础的微观理论(统计物理学) 物理学家感到自豪而满足，两个事例： 在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。也就是在测量数据的小数点后面添加几位有效数字而已。 ——开尔芬（1899年除夕） 理论物理实际上已经完成了，所有的微分方程都已经解出，青年人不值得选择一种将来不会有任何发展的事去做。 ——约利致普朗克的信 两朵乌云： 1. 迈克尔孙 — 莫雷实验的“零结果” 2. 黑体辐射的“紫外灾难” 三大发现： 1. 电子：1894年，英国，汤姆孙 因气体导电理论获1906年诺贝尔物理奖 2.X射线：1895年，德国，伦琴 1901年获第一个诺贝尔物理奖 3.放射性：1896年，法国，贝克勒尔发现铀，居里夫妇发现钋和镭，共同获得1903年诺贝尔物理奖 物理学还存在许多未知领域，有广阔的发展前景。 实验结果与理论不符 “动力学理论断言，热和光都是运动的方式。但现在这一理论的 优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了 ”。 两朵乌云——暴风骤雨——20世纪初物理学危机 新理论：相对论、量子力学， 深刻影响现代科技和人类生活 相对论的思想基础：对称性观念 物理规律不因人（参考系）而异，参考系变换应该是物理定律的对称操作。 一切惯性系对物理定律等价——狭义相对论 惯性系和非惯性系对物理定律等价——广义相对论 相对论并不神秘——需要摆脱日常生活（低速领域）经验的束缚，自觉地进行理性思维训练。 对称性扩展 力学相对性原理 狭义相对性原理 广义相对性原理 从伽利略到爱因斯坦 §8.1 力学相对性原理 伽利略变换 一.力学相对性原理 力学定律在一切惯性系中数学形式不变 理解： 体现对称性思想 —— 对于描述力学规律而言，一切惯性系彼此等价。 在一个惯性系中所做的任何力学实验，都不能判断该惯性系相对于其它惯性系的运动。 伽利略对匀速直线运动船舱内现象生动描述 一个参考系的描述 另一参考系的描述 变换 或操作 二、伽利略变换 S系 系 系 S系 和 坐标轴相互平行, 系 S系 相对于 沿 +x 方向以速率 u 运动， 当 O 和 重合时，令 坐标变换： 速度变换： 或 坐标变换分量式： 正变换 逆变换 S系 系 速度变换分量式： 三 . 绝对时空观 伽利略变换中已经隐含了时空观念 1. 时间：用以表征物质存在的持续性，物质运动、变化的阶段性和顺序性。 正变换 逆变换 在一个惯性系中的不同地点建立统一的时间坐标： S 系与 系中的钟一旦在 O 与 重合时校对好，则读数始终保持相同，不受钟运动状态的影响。 在不同惯性系中测量同一事件发生的时刻或两事件的时间间隔，所得的结果相同。 时间测量与惯性系选择无关。 o 伽利略变换中我们默认了 对不同惯性系 即：时间先于运动存在。没有时间，无法描述运动；而没有运动，时间照样存在和流逝。 2. 空间：用以表征物质及其运动的广延性 国际单位：米 光在真空中 秒的时间间隔内传播的距离。 绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且，由于其本性在均匀的，与任何其它外界事物无关地流逝着。 —— 牛顿 长度的测量： 长度 = 在与长度方向平行的坐标轴上，物体两端坐标值之差 注意：当物体静止时，两端坐标不一定同时记录； 当物体运动时，两端坐标必须同时记录。 由伽利