狭义相对论地基本原理_洛伦兹变换.pptVIP

* 第六章 相对论 6.2 6.3狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换 * 狭义相对论产生的实验基础和历史条件 　　由该理论可得，光（即电磁波）在真空中的传播速度为： 光速 c 是相对那个参照系的速度？ 　　在19世纪中叶，人们研究的高速运动的物质主要是光和电磁波。关于电磁波的基本理论就是麦克斯韦在1865年建立的电磁场理论，该理论预言了电磁波的存在，并在1888年赫兹从实验上加以证实。 ，是一个恒量，参照系无关。 以上结论都得到实验的证明，说明电磁场理论是正确的。 光速与参照系无关的结论与牛顿时空观是完全排斥的。 疑问 ？ 对于不同的惯性系，电磁现象基本规律的形式是一样的吗 ？ 　　我们知道，机械波传播需要介质。当时，人们普遍认为光的传播也需要一种介质。人们将传播光的介质称为“以太”。认为以太是绝对静止的参照系。而地球相对于以太是运动的。所以，在地球上沿不同的方向测光速，将有不同的结果。同时可以测出地球相对于以太的速度u。 　 —— 寻找“ 以太风” 的热潮 Ｓ 系：以太 Ｓ’系：地球 1) 则地球上测得的光速应为：c -u 2) 则地球上测得的光速应为：c +u 按照伽利略变换： 1) 2) 　　他们把一束光分成互相垂直的两束，一束的传播方向和地球运动的方向一致，另一束和地球运动的方向垂直，然后使它们发生干涉。如果不同方向上的光速有微小的差别，当两束光互相置换时干涉条纹就会发生变化。由于地球在宇宙中运动的速度很大，希望它对光速能有较大的影响。 理论计算：实验装置旋转90o，干涉条纹将有0.04根条纹宽度的移动。 仪器的灵敏度可判断0.01 根条纹的移动量。 ——“零结果”。 为了测量地球相对于“以太”的运动 ，1881年迈克尔孙用他自制的干涉仪进行测量，没有结果。1887年他与莫雷以更高的精度重新做了此类实验，仍得到零结果，即未观测到地球相对“以太”的运动。 人们始终没有测出地球相对以太的运动，这说明电磁学理论与伽利略变换有矛盾。从而动摇了整个经典力学的基础。 　　但是，这个实验和其他实验都表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的。这些否定的结果使当时的物理学家感到震惊，因为它和传统的观念，例如速度合成的法则，是矛盾的。 　　人们为维护“以太”观念作了种种努力， 提出了各种理论 ，但这些理论或与天文观察，或与其它的实验相矛盾，最后均以失败告终 。 电磁理论与经典时空观之间的矛盾该如何解决？ 1905年，年仅26岁的爱因斯坦，在仔细分析了电磁现象和经典力学理论之间的矛盾后，以他独特的思维方式，大胆地提出了两个新的科学假设，并在此基础上创立了狭义相对论。 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　狭义相对论的基本原理 1）（狭义）相对性原理：物理规律在所有的惯性系中都具有相同的表达形式 。 2）光速不变原理： 真空中的光速是常量，它与光源或观察者的运动无关，即不依赖于惯性系的选择。 关键概念：相对性和不变性。 伽利略变换与狭义相对论的基本原理不符。 即：物理定律与惯性系的选择无关，对物理定律来说，所有惯性系都是等价的。 崭新的现代时空观，引起了物理学的一次大革命，把物理学由经典物理带入了近代物理的相对论世界。 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。 长度的测量是和同时性概念密切相关。 第一条原理是对力学相对性原理的推广。否定了绝对静止参照系的存在。 2）这条原理实际上是对实验结果的总结。它表明：在任何惯性系中测得的真空中的光速都相等。说明光速与观察者及光源的运动状态无关。 3) 爱因斯坦理论带来了观念上的变革。 我们不应当以适用于低速情况的伽利略变换为根据去讨论光速应该如何如何，而应当反过来，用光速不变这个实验提供的事实作为前提和基础，去讨论正确的时空变换。 牛顿力学： 狭义相对论： 时间、长度、质量、相互作用力的测量均与参照系无关。 时间、长度、质量测量的相对性，与参照系有关。 能满足这两条基本原理的变换就是洛仑兹变换。 二　洛伦兹变换 设 ： 时， 重合 ; 事件 P 的时空坐标如图所示： * 　 设有