山东建筑大学大学物理课件4.1_4.2 伽利略变换及狭义相对论基本原理.ppt

* 根据伽利略速度变换，物体的速度在不同的惯性系中是不同的，而光在真空中的传播速度为一常量，这就提出一个问题，光速是相对哪一个参考系而言的?于是人们就猜想应该存在一个绝对静止的参考系。 * * 事件可以是一个质点的运动、或者是两个物体的碰撞、或是雷电击中某电线杆等。 * 洛伦兹( Lorentz，Hendrik Antoon 1853—1928) 是荷兰物理学家、数学家．洛伦兹是经典电子论的创立者．洛伦兹以电子概念为基础来解释物质的电性质．从电子论推导出运动电荷在磁场中要受到力的作用，即洛伦兹力．1904年，洛伦兹证明，当把麦克斯韦的电磁场方程组用伽利略变换从一个参考系变换到另一个参考系时，对不同惯性系的观察者来说，麦克斯韦方程组是不同的．为了解决这个问题，洛伦兹提出了另一种变换公式，即洛伦兹变换．用洛伦兹变换，将使麦克斯韦方程从一个惯性系变换到另一个惯性系时保持不变．虽然洛伦兹提出了正确的变换方程，但他把这些方程看作为一种纯数学变换。1915年，洛伦兹在总结自己没有提出相对论的原因时说，我失败的主要原因是我墨守这一概念，只把时间 t 认为是真实的，而把t?看作是一个数学的辅助量。后来，爱因斯坦把洛伦兹变换用于力学关系式，创立了狭义相对论．虽然如此，但洛伦兹对相对论作出的贡献是巨大，爱因斯坦对此作出高度评价，“狭义相对论是洛伦兹理论与相对性原理的结合” 。 第4章 相对论 第4章 相对论 大学 物理学 * 大 学 物 理 学 * 4-1 伽利略变换 经典力学的相对性原理 4-2 狭义相对论基本原理 洛伦兹变换 4-3 狭义相对论的时空观 第 4 章 相 对 论 爱因斯坦 （Albert Einstein）  1879-1955 * 引 言 二十世纪以前以牛顿力学、热力学、麦克斯韦电磁 理论为核心的物理学，称为经典物理学。其中以牛顿运 动定律为基础的力学称为经典力学。 经典力学是宏观物体在低速（v c）范围内运动 规律的总结。其基本观点认为在所有惯性参考系中，时 间和空间的测量是绝对的，它们不会随测量的参考系而 变化。这种观点虽未加论证，却被认为是理所当然的。 但到了19 世纪末，随着电磁学理论的不断完善，人们发现，当物体运动的速度接近光速时，这种观点就不 成立了。对于高速运动问题必须建立新的力学，这就是 爱因斯坦的相对论力学。 * 爱因斯坦创立的相对论，是本世纪物理学发展史上 最伟大的成就之一，它使一些基本的物理概念发生了深 刻的变革，创立了崭新的时空观。 相对论分为狭义相对论和广义相对论，局限于惯性 参考系的相对论理论称为狭义相对论；推广到加速参考 系包括引力场在内的相对论理论称为广义相对论。 本章主要介绍狭义相对论的基本理论。 尽管相对论中的一些概念和结论与人们日常经验大 相径庭，但它已被大量的实验证明是正确的理论，相对 论已成为现代物理学以及现代技术不可缺少的理论基础。 * 4-1 伽利略变换式 经典力学的相对性原理 4.1.1 经典力学的绝对时空观 1687年，牛顿在他的《自然哲学的数学原理》一书中对 时间和空间作如下表述 ： 绝对的、真实的、纯数学的时间， 就其自身和其本质而言，是永远均匀 流动的，不依赖于任何外界事物。 绝对的空间，就其本性而言，是 与外界事物无关而永远是相同和不动 的。 * 经典力学认为时间和空间都是绝对的，与 物质的存在和运动无关。 经典力学的这种绝对时空观，因为它完全符合 人们的日常生活经验，所以未加论证，就被认为是 理所当然、无可置疑的。 这种与物体运动完全脱离 的 “绝对时间” 和 “绝对空间” 的观点，就是经典力学的绝对时空观。 牛顿定律就是建立在绝对 时空观基础上的物体运动规律，伽利略变换就是绝