45第15章伽利略变换 牛顿力学相对性原理 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 狭义相对论的时空观.ppt

第十五章 狭义 相对论 物理学教程 （第二版） 广东海洋大学理学院教学课件 15-1伽利略变换关系 牛顿力学相对性 原理遇到的的困难 15-2 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 15-3 狭义相对论的时空观 大学物理学电子教案 狭义相对论的基本概念 引言 经典物理学的辉煌成就 经典力学 热力学与统计力学 光学 电动力学 物理学 经典物理 现代物理 力学 热学 电磁学 光学 相对论 量子论 非线性 从经典物理学到近代物理过渡时期的重要实验事实 迈克尔逊——莫雷实验：否定了绝对参考系的存在； 经典物理学解释热辐射现象时：出现“紫外灾难”； 放射性现象的发现：原子是可分的。 光电效应 原子的线状光谱 狭义相对论的基本原理 狭义相对论的一些结论 广义相对论简介 相对论 ? 狭义相对论 (Special Relativity) 研究 : 惯性系中物理规律及其变换 揭示 : 时间、空间和运动的关系 ? 广义相对论(General Relativity) 研究:非惯性系中物理规律及其变 换 揭示 : 时间、空间和物质分布的关系 爱因斯坦 ( Albert Einstein, 1879—1955 ) 20世纪最伟大的物理学改革家，相对论的创始人，主要科学业绩： 早期对布朗运动的研究 狭义相对论的创建 推动量子力学的发展 建立了广义相对论 1905年创建的狭义相对论 1916年创建的广义相对论 1921年获诺贝尔物理学奖金 1906年用量子理论说明了固体热容与温度的关系 1912年用光量子概念建立了光化学定律 1916年提出自激发射和受激发射的概念，为激光的出现奠定了理论基础 1924年提出了量子统计方法--玻色-爱因斯坦统计法。爱因斯坦用广义相对论研究整个宇宙的时空结构 爱因斯坦: Einstein现代时空的创始人，二十世纪的哥白尼 1895年(16岁)：追光假想实验(如果我以速度c追随一条光线运动，那么我就应当看到，这样一条光线就好象在空间里振荡着而停滞不前的电磁场。可是无论是依据经验，还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这样的事情。从一开始，在我直觉地看来就很清楚，从这样一个观察者来判断，一切都应当象一个相对于地球是静止的观察者所看到的那样按照同样一些定律进行。) 1999年：英国物理世界杂志推出的千年刊评选有史以来最杰出的十位物理学家： 1.爱因斯坦(美籍德国人，1921*)，2.牛顿(英国)，3.麦克斯韦(英国), 4. 玻尔(丹麦，1922)， 5.海森伯(德国，1932)，6.伽利略(意大利)，7.费因曼(美国，1965), 8.狄拉克(英国，1933)，9.薛定谔(奥地利，1933), 10.卢瑟福(新西兰) “横看成岭侧成峰，远近高低各不同。” ——苏轼《题西林壁》 人类面对事物 “相对性”的不同态度： （1）只承认自己看到的是真的，根本否认还有其它的可能性. （2）“公说公有理，婆说婆有理。” 哲学上的 “相对主义”的派别. （3）超越从个别角度（物理学里的参考系）认识问题的局限性，寻求不同参考系之间的变换关系，以及变换过程中那些不变性. 不变性：是物理定律，是自然界中与观察者无关的客观规律. 15-1伽利略变换关系 “相对论的兴起是由于实际需要，是由于旧理论中的矛盾非常严重和深刻，而看来旧理论对这些矛盾已经没法避免了。” ——爱因斯坦 自觉地去探索不同参考系中物理量、物理规律之间的变换关系（相对性原理），和变换中的不变量（对称性），以便超越自我认识上的局限性，去把握物理世界中更深层次的奥秘. ——现代物理方法论精髓 一 伽利略变换式 经典力学的相对性原理 对于任何惯性参照系 , 牛顿力学的规律都具有相同的形式 . 这就是经典力学的相对性原理 . 问：相对于不同的参考系 , 经典力学定律的形式是完全一样的吗 ？ 牛顿力学的回答: * 伽利略变换 当 时 与 重合 位置坐标变换公式 经典力学认为：1）空间的量度是绝对的，与参考系无关；2）时间的量度也是绝对的，与参考系无关 . * 加速度变换公式 伽利略速度变换公式 在两相互作匀速直线运动的惯性系中，牛顿运动定律具有相同的形式. * 问：相对于不同的参考系 , 长度和时间的测量