CH5-2、相对论的基本假设和洛仑兹坐标变换.ppt

* §5、2狭义相对论的基本原理和洛仑兹坐标变换 一）时代背景 （Basic principle of special relativity and the Lorentz transformation） 19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。 于是1900年英国物理学家开尔文在瞻望20世纪物理学的发展的文章中说到： 也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！ 但开尔文毕尽是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到： “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，----” “在已经基本建成的科学大厦中， 后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。” --开尔文-- 这两朵乌云是指什么呢？ 热辐射实验 迈克尔逊- 莫雷实验 后来的事实证明，正是这两朵乌云发展为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。 普朗克量子力学的诞生 相对论问世 这两朵乌云到底是什么回事呢？ 经典力学 量子力学 相对论 微观领域 高速领域 本章介绍相对论之狭义相对论 相对论---关于时空观及时空与物质关系的理论。 （所谓经典力学遇到障碍就是经典力学的时空观出现了问题，相对论从根本上改变了经典的时空观。） 相对论有狭义相对论广义相对论之分： 关于惯性系时空观的理论； 狭义相对论 （special relativity） 广义相对论 （General relativity） 关于一般参照系及引力的理论； 相对论从根本上改变了旧的经典的时空观，那么，什么是旧的、经典的时空观呢？ 1）同时是绝对的---两件事在同一参照系是同时发生的，则在另一个参照系也是同时的 Y X O Y’ X’ O’ 2）时间间隔的测量是绝对的 K’系 K系 在同一地点发生的同一过程 所经历的时间在不同参照系 测量是一样的。 3）空间间隔的测量是绝对的 K’系测得长度 K系测得长度 X’ Y’ X Y 4）速度的变换 X Y X’ Y’ o’ o 此称伽利略速度变换 C 这些概念都是人们在低速条件下生活在头脑中 的反映。 时空的绝 对的观念！ 根子： X X’ 验证光速是否变化：迈克尔逊--莫雷实验 测得为： 测得为： 正于顺风与顶风骑自行车感觉风速不一样。 u C u C 结论：任何方向的光速是相同的！！！ 正是他对任何一个看来无可非议的 问题总要问一个为什么，如他对一米 就是一米，一秒就是一秒也要产生怀 疑，他说：“时间、空间人们都说弄清 了，不再研究，我从小就没有弄懂， 长大以后就继续究。”就研究出相对论。正是这样一人，1905年，年仅仅26岁的爱因斯坦提出了两条假设创建了狭义相对论（1916年又发表了广义相对论）。当然现在已不是什么假设，而是两条基本的原理。 是谁冲破了旧的传统的思想的束缚 呢！爱因斯坦（Albert Einstein 1879--- 1955 ） 对结果的解释 二）狭义相对论的两条基本原理 或：在一切惯性系中，物理定律都具有相同的形式。 1）相对性原理----一切彼此相对作匀速直线运动的惯性系，对于描写运动的一切规律都是等价的。 注意：这一原理实际上是伽利略力学相对性原理的推广，不过它不仅包含力学现象，而且包括一切其它的物理现象。比如说有两个彼此相对作匀速直线运动的惯性参照系K和K’系。 K系 K’系 力学规律 力学规律 K系 K’系 电学规律 ? ? Q’1 Q’2 R’ ? ? Q1 Q2 R 磁学规律 I I’ 这就是说：一切惯性系都是彼此彼此、半斤八两、谁 也不比谁特殊，一切惯性系都是平权的。这意味着不能通过本参照系的实验确定本参照系与其它参照系有什么不同。没有一个特殊地位的参照系。否定了绝对参照系的存在。当然要找到对电磁波的速度有特殊值的参照系找不到。 2）光速不变原理 光速不变原理----真空中的光速相对任何惯性系，沿任意方向恒为C，且与光源的运动状态无关。 也就是说任何惯性系去测量光速都是C，与光源及参照系的运动无关。 光速为C 光速为C 显然这是违背“GT”的，但迈克尔逊--莫雷实验的负结果就是必然的了。有人感到不好理解： C+v C v 如果不满足光速不变原理，因果关系将颠倒过，可是