（精）哈工大大学物理课件(马文蔚教材)-第18章相对论.ppt

讨论： 1 . 把粒子的能量和质量联系起来, 数值相差一常数因子 c2 。 2 . 在相对论中, 能量守恒和质量守恒统一起来。 —— 能量守恒 —— 质量守恒 3 . 粒子相互作用中相对论质量 守恒， 但其静止质 量 并不守恒， 科学史上的质量守恒只是 相对论性 质量守恒在粒子能量变化很小时的近似。 例如： 两个静止质量为 的全同粒子， 它们各自以速率 相向而行， 所以它们相对性质量均为 设两粒子 作完全非弹性碰撞后， 变成一个静止的复合粒子， 其 静止质量为M0。 由于粒子在碰前后能量守恒， 因此有： —— 能量守恒 —— 质量守恒 两粒子在碰撞过程中， 静止质量并不守恒。 静止质量的增量 称为质量过剩。 实际上碰前两粒子动能转化为碰后静止 复合粒子的内能， 即： 四、能量和动量的关系 可能存在“无质量”粒子 只具有动量、能量， 无 所以也没有静能 则： 只以光速运动 （光子、中微子 ——预言引力子存在） 1. 能量和动量的相对论变换关系 同理可得 *五 动量、能量和力的相对论变换 前面已得： v 反号可得逆变换 S系: S’系: 与 相似. 时空变换： 能量动量变换： 广义： 动量和能量构成四维动量 ? ? 四维时空矢量 逆变换 * 如果光速不变！ 1秒 1.5秒 第十八章 相对论 18-1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观 一 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。 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 二 牛顿的绝对时空观 伽利略相对性原理 （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。 绝对时空观说明存在一个绝对的惯性参考系，但力学相对性原理说明用力学方法不可能找到绝对的惯性参考系。 电磁学规律说明光是一种电磁波，光在真空中的速度为 人们认为这是光相对以太的运动速度。 以太就是绝对的惯性参考系。 光是横波，只有固体才有。 固体横波波速 G大ρ小，特殊介质 以太 光相对以太沿各个方向的运动速度都是C。 18-2 狭义相对论产生的历史背景 迈克耳逊—莫雷实验（寻找以太的实验） v (地球速度） 迈克尔逊干涉仪 L L M1 M2 * S 转900 转900 18-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换 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 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。 波程差 亮 暗 { 条纹移动 实测 一切物理规律对所有惯性参考系等价。 * 未找到绝对的惯性参考系。 爱因斯坦： 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+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”。 （牛顿力学的困难） 击球： c +v c 地球 超新星 爆发中抛射物速度v=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。 v 二. 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。 o y x z 根据相对性原理，新的时空变换关系必须是线性的。 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) o y x z 时空坐标变换： 令 o y x z 它们之间的相对论变换： 逆变换： 正变换： 2. 洛仑兹变换下的速度变换: 坐标变