第十九章狭义相对论基础04.doc

第五篇 近代物理学基础 二十世纪物理学的两大支柱 相对论: 研究高速运动物体的运动规律 量子论： 研究微观粒子的运动规律 狭义相对论 广义相对论 不同惯性系中的观察者对事件的时空描述 非惯性系中的观察者对事件的时空描述 第十九章 狭义相对论基础 §19－1伽利略变换与经典力学时空观 伽利略变换 时空坐标变换 时,重合, , 速度变换 ,, 3.加速度对伽利略变换保持不变 牛顿力学运动学的特点（绝对时空观） 时间间隔的测量是绝对的，即两事件的时间间隔在不同的惯性系中是相同的； 空间间隔的测量是绝对的，即：两点的空间间隔在一同的惯性系中是相同的。 牛顿力学动力学的特点 1．与无关，； 2．; 3. 伽利略相对性原理：力学规律对一切惯性系都是等价的。（1632年，船舱内实验） §19－2 迈克尔逊－莫雷实验 问题的提出 Maxwell eqs 对伽利略变换不协变 以太之迷 以太：传播电磁波的弹性媒质； 以太参照系：和宇宙框架连接的绝对静止参照系 是相对于以太的 迈克尔逊－莫雷实验(1887) 实验目的：寻找绝对参照系－以太参照系 指导思想及实验方法： 承认以太参照系存在； 初步近似：太阳参照系－以太参照系； 速度变换满足伽利略变换； 计算结果： 实验精度及结果 精度：0.01； 结果：！ 推导: 迈克尔逊－莫雷实验的零结果，使同时代的科学家目瞪口呆，震惊不已。 物理学晴朗的天空中漂来了一朵乌云！（1987年还有人做，精度提高了50倍） 实验的意义： 否定了以太参照系的存在，暗示－电磁学规律对不同参照系有相同形式； 否定了经典速度变换法则，揭示－光速不变。 §19-3爱因斯坦假设 洛仑兹变换 爱因斯坦假设 相对性原理：物理学定律有所有惯性系中都是相同的； 光速不变原理：在所有的惯性参照系中，真空中的光速具有相同的量值c。 洛仑兹变换 结论： 正变换 逆变换 必须记牢、会用；式中： 推证 要求： Maxwell eqs是变换的不变式； 时，伽利略变换； 时空各向同性（线性变换） ＊洛仑兹速度变换 (三条变换要求都满足)： 例1：设一列长0.5km的高速火车以每小时1000km的速度行驶，地面上的观察者测得两个闪电同时击中火车的前后两端。求火车上的观察者测得的时间间隔？ 例2. 在S系中测得两事件的时间和空间间隔分别为和600m,若这两事件对S来说是同时的，则S相对于S的速率是多少？ 小结： 爱因斯坦假设:狭义相对性原理,光速不变原理 时空坐标变换: 例：一列南京开往镇江的高速列车，地上甲(S1、S2之中点)观察，S1，S2同时亮，火车上乙(S1、S2之中点)观察，S1，S2是否同时亮？若S1 、S1’ 同时亮，则乙观察，两灯是否同时亮？ §19－4 狭义相对论的时空观 同时的相对性 , 长度收缩效应（尺缩短） 当物体运动时，沿其运动方向上的长度，要比静止时短倍；垂直方向的长度不变！ 时间膨胀效应（钟变慢） 相对于事件发生地运动的观察者测得的时间较相对于事件发生地静止的观察者测得的时间长。 即：运动的钟走慢了！ 注意：尺缩短,钟变慢,完全是一种相对性的时空效应（测量效应）！ 如：两把米尺A、B分别放在S（甲），S’（乙）系中， 甲测得:A＝1m, B＜1m 乙测得: A＜1m，B＝1m； 又如测时间： 甲测得: ΔtA＝1H，ΔtB＜1H; 乙测得: ΔtA＜1H ΔtB＝1H 例1：如图，有一米尺固定在S’内，S’系中测得，S系中测得，求： ①； ②。 例2．一个人在火箭中生活了50年，生和死分别向地面发出信号，若u = 0.9998 c ，则地面上的人看到他活了多少年？（2500年） 注意:两个事件是客观存在的,不可更改的，与观察者的测量无关；但对它们的描述却是相对的，与坐标系的选择有关！ 实验证明： 1. 高速运动μ介子的衰变现象（1941） 相对论： 2. 近代高能粒子实验，都证明了其正确性。 综上所述，相对论时空观确立了时间和空间的量度与参照系的选择有关。时间和空间是相互联系的，这种联系反映了时空自身的属性及其与物质运动的不可分割性。 例1．介子是一种不稳定的粒子，平均寿命是(相对静止测得)，如果此粒子相对于实验室以的速度运动，则实验室中测量介子的寿命为多长？介子在衰变前运动了多长距离？ 例2．静长为的火箭相对地面以速度水平匀速飞行，火箭头部A点通过地面上A点的正上方时，有一光信号从A点发出。如果测量分别在火箭和地面上进行。求光信号从A点传播到B点处的时间；何时B点通过A点的正上方？ §19-5 狭义相对论的动力学基础 相对论中的质量 结论： 讨论： ① ，； ② ； ③ 为定值（如电磁辐