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同学们好！ * 阿尔伯特.爱因斯坦（1879 — 1955） 物理书都充满了复杂的数学公式。可是思想及理念，而非公式，才是每一物理理论的开端。 －－爱因斯坦 《物理学的进化》 第八章 狭义相对论 *广义相对论简介 比较 *广义相对论时空观 实验检验 伽利略 变换 洛仑兹 变换 绝对时空观 狭义相对论时空观 相对论动力学基础 力学相对性原理 狭义相对性原理 光速不变原理 对称性扩展 *广义相对性原理 等效原理 对称性扩展 学时： 8 重点： 狭义相对论的两条基本原理 洛仑兹坐标变换 狭义相对论时空观（“同时”的相对性、钟慢尺缩） 质速关系，质能关系，能量与动量关系 难点： 狭义相对论时空观 *广义相对论的两条基本原理 *时空的几何化，空间弯曲 前言：相对论产生的历史背景和物理基础 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” 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) 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，青年人不值得选择一种将来不会有任何发展的事去做。 ——约利致普朗克的信 两朵乌云： 1. 迈克尔孙 — 莫雷实验的“零结果” 2. 黑体辐射的“紫外灾难” 三大发现： 1. 电子：1894年，英国，汤姆孙 因气体导电理论获1906年诺贝尔物理奖 2.X射线：1895年，德国，伦琴 1901年获第一个诺贝尔物理奖 3.放射性：1896年，法国，贝克勒尔发现铀，居里夫妇发现钋和镭，共同获得1903年诺贝尔物理奖 物理学还存在许多未知领域，有广阔的发展前景。 实验结果与理论不符 §8.1 力学相对性原理 伽利略变换 一.力学相对性原理 力学定律在一切惯性系中数学形式不变 理解： 体现对称性思想 —— 对于描述力学规律而言，一切惯性系彼此等价。 在一个惯性系中所做的任何力学实验，都不能判断该惯性系相对于其它惯性系的运动。 物理规律不因人（参考系）而异，参考系变换应该是物理定律的对称操作。 伽利略对匀速直线运动船舱内现象生动描述 一个参考系的描述 另一参考系的描述 变换 或操作 二、伽利略变换 S系 系 系 S系 和 坐标轴相互平行, 系 S系 相对于 沿 +x 方向以速率 u 运动， 当 O 和 重合时，令 坐标变换： 速度变换： 或 坐标变换分量式： 正变换 逆变换 S系 系 速度变换分量式： 三 . 绝对时空观 伽利略变换中已经隐含了时空观念 1. 时间：用以表征物质存在的持续性，物质运动、变化的阶段性和顺序性。 正变换 逆变换 时间的测量：“钟” 任何周期性过程均可用来计量时间。例如： 行星的自转或公转；单摆；晶体振动；分子、原子能级跃迁辐射…… 国际单位：“秒” 与铯133原子基态两个超精细能级之间跃迁相对应的辐射周期的9192631700倍（精确度 ） 校钟操作： 由此在一个惯性系中的不同地点建立统一的时间坐标： S 系与 系中的钟一旦在 O 与 重合时校对好，则读数始终保持相同，不受钟运动状态的影响。 在不同惯性系中测量同一事件发生的时刻或两事件的时间间隔，所得的结果相同。 时间测量与惯性系选择无关。 o 伽利略变换中我们默认了 对不同惯性系 即：时间先于运动存在。没有时间，无法描述运动；而没有运动，时间照样存在和流逝。 2. 空间：用以表征物质及其运动的广延性 空间测量：刚性尺 国际单位：米 光在真空中 秒的时间间隔内传播的距离。 绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且，由于其本性在均匀的，与任何其它外界事物无关地流逝着。 —— 牛顿 长度的测量： 长度 = 在与长度方向平行的坐标轴上，物体两端坐标值之差 注意：当物体静止时，两端坐标不一定同时记录； 当物体运动时，两端坐标必须同时记录。 由伽利略变换