第十二章相对论简介.ppt

* 　　思考：在牛顿力学中，我们知道，力F对物体做功，可使物体的动能Ek增加。如果此力持续不断地对这个物体做功，则物体的动能会变为∞！ 可能吗 　　一个科学的假设：一小孩出生后，立即把他30岁的父亲送上高速飞行的宇宙飞船。待小孩40岁时，其父亲返回，其父根据他所带的校准的时钟测出的时间只过了20年，即他年龄是50岁！ 会吗 爱因斯坦: Einstein 二十世纪的哥白尼 现代时空的创始人 宏观、低速 微观、高速 主要内容： 狭义相对论的基本假设 同时性的相对性 洛仑兹变换式 运动时钟变慢和长度缩短 洛仑兹速度变换 相对论性质量和动量 相对论性能量 相对论性力和加速度间关系 §12.1 力学相对性原理和伽利略变换 物体的运动 位置随时间的变化 参考系 基本力学定律 是否对所有的参考系形式都一样？ 基本量：长度和时间的测量 　　牛顿力学的回答：在任何惯性系中观察，同一力学现象将按同样的形式发生和演变。 一、力学相对性原理 牛顿相对性原理、力学相对性原理、伽利略不变性 　　重要结论：只能确定两个惯性系的相对运动速度，谈论某一惯性系的绝对运动（绝对静止）是没有意义的。 绝对空间：长度的量度与参考系无关。 绝对时间：时间的量度与参考系无关。 牛顿 “绝对空间，就其本性而言，与外界任何事物无关，而永远是相同的和不动的。”“绝对的、真正的和数学的时间自己流逝着，并由于它的本性而均匀地与任何外界对象无关地流逝着。 绝对时空观 宏观低速物体的力学规律在任何惯性系中形式相同 力学相对性原理 二、伽利略变换（ Galilean Transformation ） 　　在两个惯性系中考察同一物理事件。设惯性系S和相对S运动的惯性系S’， 　　两参考系中的时钟结构 完全相同、校好而且是同步 的，物体到达P点指示的时 间分别为t、t’(两系原点重合 时为计时零点）, 由绝对时空观， 正变换 逆变换 伽利略坐标变换 分别对三个方向的分量对时间求导，可得 （伽利略速度变换） 再对时间求导 　　在牛顿力学中，质点的质量和运动的速度无关，力只跟质点的相对位置或相对运动有关，且都与参考系无关。在S系中，如果 那么，在S’系中，　　　　　　　　　　，则 即牛顿定律同样成立。 牛顿绝对时空观 牛顿相对性原理 §12.2 爱因斯坦相对性原理和光速不变 一、伽利略变换的困难 　　电磁场方程组不服从伽利略变换(对不同的惯性系有不　　　 　　　同的形式）。 光速C。 根据伽利略变换，在两个不同的参考系S、S’中测光速，有 而由麦克斯韦电磁场理论 与参考系选取无关，故c应在任何参考系中都相等。 1887年，为迈克尔逊-莫莱实验证实。 高速运动的粒子。 伽利略变换（绝对时空观）不正确？ 电磁现象的基本规律不符合相对性原理？ 1887年，迈克尔逊-莫雷实验 　　如图，由光源S发出波长为λ的光，入射到半透镜片G后，一部分光线反射到平面镜M2，形成光线②，光线②再由镜M2反射回来，透过G到达望远镜T；另一部分光线则透过G，形成光线①，光线①再由镜M1反射到达G，经G反射到达T。 　　假定GM1和GM2的长度均为L，且M1和M2之间不严格垂直，那么，在望远镜的目镜中将看到干涉条纹。 　　实验过程是，将该装置旋转一圈360度 。实验结果是，望远镜中没有看到干涉条纹的移动。 意义： 　　①相对于牛顿相对性原理，适用范围从仅适用于力学现象扩展到适用于所有物理现象（包括电磁现象）； 　　②排除了绝对运动（静止）的概念（在任何一个惯性系内，任何物理实验都不能用来确定本参考系的运动速度）。 二、爱因斯坦的狭义相对论基本假设 1905年，《论动体的电动力学》，爱因斯坦： 　　物理规律对所有的惯性系都是一样的，不存在任何一个特殊的（如“绝对静止”的）惯性系。 1 爱因斯坦相对性原理 光速不变原理 爱因斯坦相对性原理 + 狭义相对论 伽利略 变换 洛仑兹变换 在任何惯性系中，光在真空中的速率都相等。 2 光速不变原理 ? 狭义相对论在观念上的变革： 牛顿力学 时间标度 长度标度 质量的测量 与参考系无关 速度与参考系有关 (相对性) 狭义相对论力学 光速不变 长度 时间 质量 与参考系有关 (相对性) §12.3 同时性的相对性和时间延缓 　　爱因斯坦从16岁开始的10年中思考的问题：何为时间？　　 　　结论：时间的量度是相对的，在不同参考系中先后两事件之间的时间间隔不同。 一、同时性的相对性 　　假设一列