09狭义相对论.pdf

大自然及其法则在黑暗中隐藏； 上帝说： “派牛顿去吧!” 于是，一切豁然开朗。 —— 蒲柏，18世纪英国诗人 但这并不长久。 魔鬼大喊一声： “派爱因斯坦去!” 于是，一切恢复原样。 —— 斯夸尔爵士，20世纪英国诗人 第七讲 狭义相对论 同济大学物理系 倪忠强 文科物理学 第七讲 狭义相对论 本讲主要内容 一.背景 1．19世纪物理学的成就和危机 2 ．以太漂移探索 二. 牛顿的绝对时空观 三. 狭义相对论 1．爱因斯坦的相对性原理 2 ．光速的不变性 3 ．洛伦兹坐标变换 4 ．时间的相对性 5 ．空间的相对性 6．相对论动力学 第3 页 文科物理学 第七讲 狭义相对论 一．背景 1．19世纪物理学的成就和危机 • 世纪之交物理学的三大发现  电子的发现  X射线的发现  放射性的发现 三大发现打开了微观世界的窗户，把物理学从十九世 纪的经典物理学阶段推进到二十世纪的现代物理学阶段。 • 电子的发现否定了原子是最小物质结构单元的说法。 • 过去以为除可见光外的电磁波只有无线电波、红外线和 紫外线，现在却有了波长更短的X射线和γ射线。 • 过去以为原子是不可变的，自从发现放射性后，原子 是可变的。 第4页 文科物理学 第七讲 狭义相对论 • 19世纪物理学发展的特征 联系和转化的思想在物理学理论中的深刻体现，是19 世纪物理学观念上最明显的变革之一。 实验和数学方法更全面、深入地推广到物理学的各个 学科中去，是19世纪物理学研究方法的发展特征。 科学假设和物理模型的方法在19世纪的物理探索中有 了重要的发展。 19世纪物理学表现出对生产技术的超前发展的特征。 第5页 文科物理学 第七讲 狭义相对论 • 世纪之交的两朵乌云 19世纪的最后一天，欧洲著名的 科学家欢聚一堂。会上，英国著名物 理学家汤姆生发表了新年祝词。他在 回顾物理学所取得的伟大成就时说， 物理大厦已经落成，所剩只是一些修 饰工作。 他在展望20世纪物理学前景时，却若有所思地讲道： “动力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它 的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了，”“第一朵 乌云出现在光的波动理论上，”“第二朵乌云出现在关 于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。” 第6页 文科物理学 第七讲 狭义相对论 热辐射实验 迈克尔逊-莫雷实验 两朵乌云浇灌了近代物理学的两朵鲜花 第7页 文科物理学 第七讲 狭义相对论 2 ．“以太漂移”的探索  牛顿的 “超距作用” 观点： (引力)作用以无限大的速度 “超”越空间 “距”离，一下子从一个物体传到另一个物体 。  笛卡儿的 “媒递作用”观点： (电磁)作用是由一种相应的媒质 “以太”来