5–2相对论的基本假设与洛伦兹变换.ppt

第五章 狭义相对论基础 5-2 相对论的基本假设与洛伦兹变换 爱因斯坦的哲学观念：自然界应当是和谐而简单的。 理论特色：出于简单而归于深奥。 Albert Einstein ( 1879 – 1955 ) 20世纪最伟大的物理学家, 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。 一　狭义相对论的基本假设 1）爱因斯坦相对性原理：物理规律在所有的惯性系中都具有相同的(数学)表达形式。 2）光速不变原理： 在一切惯性系中，真空中的光速沿任何方向都是常量，并且与光源或观察者的运动状态无关。 关键概念：相对性和不变性。 相对性原理是自然界的普遍规律。 所有的惯性参考系都是等价的。 伽利略变换与狭义相对论的基本原理不符。 说明同时具有相对性，时间的量度是相对的 . 和光速不变紧密联系在一起的是：在某一惯性系中同时发生的两个事件，在相对于此惯性系运动的另一惯性系中观察，并不一定是同时发生的。 二　洛伦兹变换 设 t=t? =0 时，O，O? 重合 ；事件 P 的时空坐标如图所示。 长度的测量是和同时性概念密切相关。 * 考虑到如图的运动，y和z方向的是不变的： 由于参考系是等价的，所以变换应该是线性的。 * 考虑S?系的坐标原点，x?=0，此时x=ut，或者x-ut=0,说明x?和x-ut同时为零。所以 分别考虑在oyz面上各点和在o?y?z?面上各点，这些点满足条件是： 考虑两个事件：第一个，在t=t?=0，S和S?原点重合时发出一个光信号；第二个，在P点接收到光信号。由于光速不变，所以 和 因此： 又 所以，一般有 比较系数得 引入 * 正变换 逆 变 换 光速在任何惯性 系中均为同一常量， 利用它将时间测量与 距离测量联系起来。 * 1） 与 成线性关系，但比例系数 。 2） 时间不独立， 和 变换相互交叉。 3） 时，洛伦兹变换 伽利略变换。 洛伦兹变换特点 意义：基本的物理定律应该在洛伦兹变换下保 持不变。这种不变显示出物理定律对匀速直线运动 的对称性 —— 相对论对称性。 4）光速是自然界的极限速度。