ch16狭义相对论-1.ppt

;第16章 狭义相对论基础 ● 爱因斯坦的假设和洛伦兹变换 ● 相对论时空观 ● 相对论速度变换公式 ● 狭义相对论中的动量、质量和能量 ; 到19世纪末，经典物理学的发展已经相当成熟，“往后无非在已知规律的小数点后面加上几个数字而已”。但这时看似晴朗的物理学的天空却出现了“两朵乌云”。;1879 –1955;狭义相对论的建立 时空变换 绝对时空观和伽利略变换 狭义相对论的基本假设 洛伦兹变换; 时间和空间，简称时空。物质的运动与时空的性质紧密相关，因此对时空性质的研究一直是物理学中的一个基本问题。;时空变换; 事件：具有确定的发生时间和确定的发生地点的物理现象; 时空坐标代表时间和长度的测量值，则时空变换反映了时间和空间与参考系选择的关系。; 16.1.1 绝对时空观和伽利略变换;16.1.2 迈克耳孙-莫雷实验; 光速不变与伽利略相对性原理矛盾???按伽利略速度变换，如果在某一惯性系 S 中沿各个方向的光速都是 c，则在以速度 u 运动的惯性系S/ 中观测，沿运动方向的光速为 c?u，沿反方向的光速为 c+u。; （2）认为伽利略相对性原理和电磁学理论都正确，但电磁学定律只是在绝对静止的惯性系中成立。;续上; 1881年到1887年期间，迈克耳孙和莫雷使用由迈克耳孙发明的干涉仪，试图通过测量不同方向光速的差别来测量地球相对“以太”的运动，得到的是否定结果：在地面上沿不同方向的光速相等，因此“以太”不存在。;1. 爱因斯坦相对性原理; 引导爱因斯坦提出光速不变原理和创建狭义相对论的基本线索是电磁学，而迈克耳孙?莫雷实验的否定结果不占据主导地位。;16.1.4 洛伦兹变换; 从爱因斯坦提出的两条基本原理出发，简单导出洛伦兹变换： ;; 设想当原点 O/ 和 O 重合时，由原点发出一个闪光。光速与参考系的运动无关，无论在 O/系还是在 O 系中观察;推导 t/ 和 t 之间的变换关系：;洛伦兹变换;两个事件的空间间隔、时间间隔的变换：; 【例】 一宇宙飞船相对地面以 0.8c 的速度飞行，飞船上的观察者测得飞船的长度为100m。一光脉冲从船尾传到船头，求地面上的观察者测量，光脉冲从船尾发出和到达船头这两个事件的空间间隔是多少？;（2）定义事件及其时空坐标;（4）讨论;同时性的相对性 时间延缓 长度收缩; 爱因斯坦指明了时间的测量与同时性之间的密切关系：凡是时间在里面起作用的我们的一切判断，总是关于同时的事件的判断。比如我说，“那列火车7点钟到达这里”，这大概是说：“我的表的短针指到7同火车的到达这里是同时的事件。” ; 由洛伦兹变换可知，同时性是相对的：在某一惯性系中同时发生的两个事件，在其他作相对运动的惯性系中观测就不一定同时发生了。; 由此得出同时性的相对性：在两个惯性系相对运动的方向上发生的两个事件，若在一个惯性系中这两个事件同时发生，则在另一惯性系中观测，总是处于前一个惯性系运动后方的事件先发生。; 测出物体两端的坐标，差值 ?x/ 就是物体的长度，对测量的先后次序没有要求，可以不同时测量物体两端的坐标，t1/ 可以不等于 t2/。; 长度收缩效应：在惯性系中观测，运动物体在其运动方向上的长度要缩短。（动尺变短）; 长度收缩效应只发生在物体运动的方向上，在垂直方向上不收缩。这常说成是纵向收缩，横向不收缩。;16.2.3 时间的相对性——时间膨胀（延缓）; 时间膨胀效应：在一个惯性系中观测，在另一个作匀速直线运动的惯性系中同地发生的两个事件的时间间隔变大。（动钟变慢）; 【例】设有许多已经校准的静止的同步钟（静钟），它们的指针走一个格所用时间都为1s。如果让其中的一个钟以 u=0.8c 的速度相对静止观察者运动，那么在观察者看来这个运动的钟（动钟）的指针走一个格用多少时间？ ; 在观察者看来，动钟的指针转一个格所用的时间，比本参考系中静钟指针转一个格所用的时间要长 0.67s。或者说，动钟比静钟走得慢。; 16.3 相对论速度变换公式; 如果在 S 系中物体的横向速度为零，沿 x 轴方向的速度为 v，则在 S/ 系中观测，物体的横向速度也为零，而沿 x 轴方向的速度; 【例】设想做“追光实验”，即乘一列以速度 u 运动的火车追赶一个向前运动的闪光。在火车上观测，闪光的速度多大？