[理学]大学物理第24章狭义相对论.ppt

* 20世纪最伟大的物理学改革家，相对论的创始人，主要科学业绩： 早期对布朗运动的研究 狭义相对论的创建 推动量子力学的发展 建立了广义相对论 1905年创建了狭义相对论 1916年创建了广义相对论 1921年获诺贝尔物理学奖金 1906年用量子理论说明了固体热容与温度的关系 1912年用光量子概念建立了光化学定律 1916年提出自激辐射和受激辐射的概念，为激光的出现奠定了理论基础 1924年提出了量子统计方法--玻色-爱因斯坦统计法。爱因斯坦用广义相对论研究整个宇宙的时空结构 第二十章 狭义相对论 1895年(16岁)：追光假想实验(如果我以速度c追随一条光线运动，那么我就应当看到，这样一条光线就好象在空间里振荡着而停滞不前的电磁场。可是无论是依据经验，还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这样的事情。从一开始，在我直觉地看来就很清楚，从这样一个观察者来判断，一切都应当象一个相对于地球是静止的观察者所看到的那样按照同样一些定律进行。) 1999年：英国物理世界杂志推出的千年刊评选有史以来最杰出的十位物理学家： 1.爱因斯坦(美籍德国人，1921*)，2.牛顿(英国)，3.麦克斯韦(英国), 4. 玻尔(丹麦，1922)， 5.海森伯(德国，1932)，6.伽利略(意大利)，7.费因曼(美国，1965), 8.狄拉克(英国，1933)，9.薛定谔(奥地利，1933), 10.卢瑟福(新西兰) 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？ 第二十四章 狭义相对论 (一)伽利略变换和力学相对性原理 一、伽利略坐标变换式和绝对时空观 用空间坐标（x、y、z）和时间坐标t描述事件。 令两系原点O和O’重合时为记时起点，t=t’=0 则有： 伽利略坐 标正变换 伽利略坐 标逆变换 隐含牛顿力学的绝对时空观： 空间独立存在、永恒不变、绝对静止的； 时间与物质运动无关，在永恒、均匀地流逝。 二、伽利略速度变换公式 伽利略速度 变换公式 以 和 分别表示同一质点P在S系和S’系中的速度， 则： 三、力学相对性原理 力学相对性原理（或伽利略相对性原理）： 对于不同的惯性系，牛顿定律和其他力学基本规律的 形式都相同。 (二)狭义相对论的基本假设与洛仑兹变换 *1、“以太风”假设 麦克斯韦电磁理论与经典力学有若干不一致的地方。 19世纪末电磁学有了很大发展,1865年麦克斯韦( Maxwell)总结出电磁场方程组;预言了电磁波的存在, 并指出其速率各向均为c (真空中)(与参考系无关); 1888年赫兹(Hertz)在实验上证实了电磁波的存在。 这显然和伽利略变换矛盾, 按伽利略变换,光速在一个参考系中若是c, 在另一参考系中必不是c。 一、迈克尔逊－莫雷实验历史 为不和伽利略变换矛盾, 人们假设:宇宙中充满了叫“以太 (ether)”(①没有质量；②完全透明；③对运动物体没有阻力；④非常刚性的物质), 电磁波靠“以太”传播。把以太选作绝对静止的参考系; 电磁场方程组只在“ 以太”参考系成立; 电磁波在“ 以太”参考系中速率各向为c。 按伽利略变换, 电磁波相对于其他参考系(如地球)速率 就不会各向均匀, 而和此参考系相对于“ 以太”的速度有 关。 若此, 如在地球上测光速,可能 c或 c，同时可以 测出地球相对于以太的速度 v。 ——寻找“ 以太风” 的热潮 2. 蟹状星云 蟹状星云到地球的距离大约5千光年,而爆发中抛射物的速度V大约是1500Km/s, 按伽利略变换, 地球上可持续25年能看到超星星爆发时所发出的强光.实际上: 还不到两年. 3. 高速运动的粒子的质量随速度增加而增加 1901年考夫曼在确定镭发出的?射线(高速运动的电子束)荷质比e/m的实验中首先发现：电子的荷质比与速度有关。 爱因斯坦认为：这些困难是由于绝对空间和 绝对时间的概念引起的。 美国物理学家。1852 年12月19日，1837年毕业于美国海军学院，曾任芝加哥大学教授，美国科学促进协会主席、美国科学院院长；还被选为法国科学院院士和伦敦皇家学会会员，1931年5月9日在帕萨迪纳逝世。 迈克耳逊主要从事光学和光谱学方面的研究，以毕生精力从事光速