15–1伽利略变换关系牛顿的绝对时空观(已阅).ppt

* 对于不同的惯性系，电磁现象基本规律的形式是一样的吗 ？ 真空中的光速 对于两个不同的惯性参考系 , 光速满足伽利略变换吗 ？ 四、伽利略变换的疑难 * 球投出前 结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球. 试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达到观察者所需要的时间. (根据伽利略变换) 球投出后 * 900 多年前（公元1054年5月）一次著名的超新星爆发， 这次爆发的残骸形成了著名的金牛星座的蟹状星云。北宋天文学家记载从公元 1054年 ~ 1056年均能用肉眼观察, 特别是开始的 23 天, 白天也能看见 . 物质飞散速度 l = 5000 光年 A B 当一颗恒星在发生超新星爆发时, 它的外围物质向四面八方飞散, 即有些抛射物向着地球运动, 现研究超新星爆发过程中光线传播引起的疑问 . * 实际持续时间约为 22 个月, 这怎么解释 ? 理论计算观察到超新性爆发的强光的时间持续约 l = 5000 光年 物质飞散速度 A B * 迈克尔孙 — 莫雷实验的设计思想 人们假设超新星发出的光，其传播速度只与传播介质的运动速度有关， 而与爆发物的速度无关 .传播光的介质为“以太” , 在“以太”绝对参考系中光向各个方向传播速度均为 . 若把“以太”比喻作无处不在的大气 , 在其中飞行的地球应感到迎面吹来的以太风 . 为了测量地球相对于“以太”的运动 , 1881年迈克尔孙用他自制的干涉仪进行测量, 没有结果 . 1887年他与莫雷以更高的精度重新做了此类实验,仍得到零结果, 即未观测到地球相对“以太”的运动 . * 迈克尔逊 — 莫雷实验 光路 虚膜 演示 当时认为光在“以太”（ether）中以速度c传播。 实验目的：干涉仪转90°，观测干涉条纹是否移动？ 实验结果：条纹无移动(零结果)。以太不存在，光速与参考系无关。 干涉条纹 地球公转 设“以太”相对太阳静止。 地球公转 干涉仪转90°后 按照伽利略速度变换 ，时间间隔变成 干涉仪转90°引起时间差的变化为 由干涉理论，时间差的变化引起的移动条纹数 对于 但实验值为 * 寻找绝对参照系 —— “以太”的实验设想 若以太存在，以太中光速一定，但地球在以太中运动，对地球上的观察者来说，不同方向的光速应不同，实验中两束光的传播应有时间差。 实验结果是否定的！0 ！ 地球相于与以太的速度为零 ？不可思议！ 以太是多余的！这表明以太不存在，光速与参考系无关。 光线不服从经典的速度合成律，光速不变！ “还在学生时代，我就在想这个问题了。我知道迈克耳逊实验的奇怪结果。我很快得出结论：如果我们承认麦克尔逊的零结果是事实，那么地球相对以太运动的想法就是错误的。这是引导我走向狭义相对论的最早的想法。” 爱因斯坦对麦克尔逊－莫雷实验的评价： 相对性原理的普遍性（对称性） 伽利略变换（经典力学） 电磁学定律 三者无法协调 解决困难的途径： 1. 否定相对性原理的普遍性，承认惯性系对电磁学定律不等价，寻找电磁学定律在其中成立的特殊惯性系。 2. 改造电磁学理论，重建具有对伽利略变换不变性的电磁学定律。 3. 重新定位伽利略变换，改造经典力学，寻求对电磁理论和改造后的力学定律均为对称操作的“新变换”。 途径1、2、无一例外遭到失败， 爱因斯坦选择 3、取得成功。 * 第十五章 狭义相对论 伽利略变换式 15-1 * * 教学基本要求 一 理解爱因斯坦狭义相对论的两条基本原理，以及在此基础上建立起来的洛伦兹变换式. 二 理解狭义相对论中同时的相对性，以及长度收缩和时间延缓的概念，了解牛顿力学的时空观和狭义相对论的时空观以及二者的差异. 三 了解狭义相对论中质量、动量与速度的关系，以及质量与能量间的关系. 前言：相对论产生的历史背景和物理基础 形成三大理论体系 1.机械运动：以牛顿定律和万有引力定律为基础的 经典力学 2.电磁运动： 以麦克斯韦方程组为基础的经典电磁学 3.热运动： 以热力学定律为基础的宏观理论(热力学) 以分子运动为基础的微观理论(统计物理学) 经典物理：伽利略时期 —— 19世纪末 经过300年发展，到达全盛的“黄金时代” 物理学家感到自豪而满足，两个事例： 在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。也就是在测量数据的小数点后面添加几位有效数字而已。 ——开尔芬（1899年除夕） 理论物理实际上已经完成了，所有的微分方程都已经解出，青年人不值得选