[理学]相对论基础2.ppt

相 对 论　 考虑一种简单情况 ，观察点P就在x轴上，根据光速不变原理，则 ，于是 由此求得 14-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 上两式消去 x′或 x，便得到关于时间的变换式 把 k 代入 得 14-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 1 洛伦兹坐标变换式 14-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 正变换 逆变换 注 意 时, 转换为伽利略变换式。 14-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 第十四章 相对论 物理学 第五版 第十四章 相对论 物理学 第五版 第十四章 本章目录 14-1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观 14-2 迈克耳孙-莫雷实验 14-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 14-4 狭义相对论的时空观 *14-5 光的多普勒效应 物理学 第五版 14-6 相对论性动量和能量 *14-7 广义相对论简介 二 了解迈克耳孙－莫雷实验。 三 理解狭义相对论的两条基本原理，掌握 洛伦兹变换式。 14-0 教学基本要求 四 理解同时的相对性，以及长度收缩和时间 延缓的概念，掌握狭义相对论的时空观。 五 掌握狭义相对论中质量、动量与速度的关 系，以及质量与能量间的关系。 一 理解伽利略变换及牛顿力学的绝对时空观。 概 述 19世纪末页，物理学在各个领域里都取得了很大的成功：在电磁学方面，建立了 Maxwell 方程；以及力、电、光、声…等都遵循的规律---能量转化与守恒定律等，当时许多物理学家认为物理学已经发展到头了。 正如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： “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。” 热辐射实验 迈克尔逊- 莫雷实验 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。 然而开尔文又说道：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，----” 概 述 经典力学 相对论 高速领域 量子力学 微观领域 (德) 普朗克量子力学的诞生 相对论问世 概 述 系相对于 系以匀速沿x轴运动，观察两参照系中同一事件的时空关系。 一 伽利略变换式 经典力学的相对性原理 当 时， 与 重合。 * 其后任意时刻坐标变换公式 14-1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观 * 速度变换公式 加速度变换公式 在两相互作匀速直线运动的惯性系中,牛顿运动定律具有相同的形式。 14-1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观 二 经典力学时空观 绝对空间：空间与运动无关，空间绝对静止。空间的度量与惯性系无关，绝对不变。 绝对时间：时间均匀流逝，与物质运动无关，所有惯性系有统一的时间。 牛顿绝对时空观 牛顿力学相对性原理 注意：牛顿力学的相对性原理，在宏观、低速的范围内是与实验结果相一致的。但在高速运动情况下则不适用。 14-1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观 伽利略描述的种种现象表明：一切彼此作匀速直线运动的惯性系，对描述运动的力学规律来说是完全相同的。在一个惯性系内所作的任何力学实验都不能确定这一个惯性系是静止状态，还是在作匀速直线运动状态，或者说力学规律对一切惯性系都是等价的。这就是力学的相对性原理，也称伽利略相对性原理，或经典相对性原理。 人们在研究机械波（例如声波）的传播过程，发现机械波的传播必须有弹性媒质。当时的物理学家认为可以用这个框架来解释一切波动现象。 狭义相对论产生的实验基础和历史条件 对电磁现象的研究表明：电磁现象所遵从的麦克斯韦方程组不服从伽利略变换。 1、光速的困惑 狭义相对论建立以前，人们认为任何速度的叠加都满足伽里略变换，但在光速领域里却碰到了困难。 2、以太理论的提出 以太假说的主要内容是：以太是传播包括光波在内的电磁波的弹性媒质，它充满整个宇宙空间。以太中带电粒子振动会引起以太变形，这种变形以弹性波的形式传播，这就是电磁波。 并且进一步认为以太就是人们一直在寻找的绝对静止参考系，只有在这个参考系中光速才是与方向无关的恒量。 狭义相对论产生的实验基础和历史条件 说明在高速领域伽里略速度变换碰到了困难。 下面举一个天文上的例子 这一点在我国史籍里得到了证实。《宋会要》记载：“嘉佑元年三月，司天监言，客星没，客去之兆也。初，至和元年五月，晨出东方，守天关，昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二