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大学物理学 第七章 狭义相对论力学基础 7－2 狭义相对论的两个基本假设 7－3 洛伦兹坐标变换和速度变换 同时的相对性可以由洛伦兹变换式求得, S’系中两事件在 由洛伦兹变换, 可知: 7－5 相对论动力学基本方程 * 安徽大学出版社 大学物理学 * Page * ANHUI UNIVERSITY * 安徽大学出版社 大学物理电子教案 * * 大学物理学 Page 第七章 狭义相对论力学基础 ANHUI UNIVERSITY * * * 安徽大学出版社 大学物理电子教案 安徽大学出版社 ANHUI UNIVERSITY 7－1 迈克尔逊－莫雷实验? 7－2 狭义相对论的两个基本假设 7－3 洛伦兹坐标变换和速度变换 第七章 狭义相对论力学基础 7－4 同时的相对性、长度收缩和时间延缓 7－5 相对论动力学基本方程 7－6 相对论的质量、动量和能量的关系? 7－7 广义相对论简介? Albert Einstein ( 1879 – 1955 ) 现代时空的创始人, 被誉为“20世纪的哥白尼”, 于1905年和1915年先后创立了狭义相对论和广义相对论, 他于1905年提出了光量子假设, 为此他于1921年获得诺贝尔物理学奖, 他还在量子理论方面具有很多的重要的贡献 . 爱因斯坦的哲学观念：自然界应当是和谐而简单的. 爱因斯坦的理论特色：出于简单而归于深奥. *经典力学(即牛顿力学)适用范围：宏观、低速(远小于光速) *狭义相对论适用于：宏观、高速(可与光速比拟) 相对论 狭义相对论1905：讨论不同惯性系对事件的描述 广义相对论1915： 涉及到非惯性系包括引力场在内的理论 *经典力学是相对论力学在低速时的近似 1905年，爱因斯坦在《论运动物体的电动力学》中提出： 相对性原理 (relativity principle )：空间是均匀及各向同性的，时间也是均匀的，不存在特殊的惯性系. 光速不变性原理(invariance principle of velocity of light)：真空中的光速既不依赖于光源的运动，也不依赖于接收器的运动，在所有惯性系中，它具有相同的数值. *由这两个假设可以直接导出整个狭义相对论. 爱因斯坦的相对性原理 旧时空观 深刻矛盾 由伽利略变换, 速度与参考系选择有关. 伽利略的速度合成定理 光速不变原理 矛盾 彼此矛盾! S系: 地面 S’系:车厢 伽利略变换的时间绝对性 光速不变原理 矛盾 说明同时具有相对性，时间的量度是相对的 . 一、洛伦兹坐标变换 O z x y O? z? x? y? ? P (x, y, z,t) 设 时， OO重合 ; 事件 P 的时空坐标如图所示 . 惯性系S 沿xx 轴以速度 相对惯性系S运动 惯性系S 沿xx 轴以速度 相对惯性系S运动. 逆变换 伽利略变换式 二、洛伦兹速度变换 设P点在S系速度为 在S? 系为 根据速度定义： 微分坐标正变换式,可得: 即 同理可得: 速度正变换式: 速度逆变换式: * 洛仑兹变换的意义 (1) 洛仑兹变换是不同惯性系中时空变换的普遍公式 (2) 与“光速不变原理、真空中光速为极限速率”的实验事实相协调。 (3) 建立了新的时空观 *揭示出时间、空间彼此关联，并与物质、运动密不可 分，形成四维时空概念. *不同惯性系中的观察者有各自不同的时空观念，不存 在对所有观察者都相同的绝对时间和绝对空间. 洛仑兹变换 伽利略变换，满足对应原理 因此, 如果某两个事件在S’系是同时发生的, , 则 一、同时的相对性 在牛顿力学中, 时间是绝对的, 对于不同惯性系, . , 但是从狭义相对论来看，在S’系同时发生的两个 对任一惯性系S来说，这两个事件也必然是同时发生的， 事件在S系就不一定同时的了.这就是狭义相对论的同时的 相对性. 7－4 同时的相对性、长度收缩和时间延缓 参见“爱因斯坦火车”模型. 事件1 信号到达车厢末端 事件2 信号到达车厢前端 爱因斯坦火车 模型 说明同时具有相对性，时间的量度是相对的 . 不同地点同时发生,即 则由前式可得: 可见: 所以 说明同时具有相对意义, 它与惯性系有关. 只有在S’系中同一地点（ ）同时（ ）发生的两 事件，