15-1、2、3-狭义相对论解析.ppt

15-1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第十五章 狭义 相对论 第十四章 波动光学 Uni * 大学物理 主讲：迟卓君 教材：物理学教程（第二版）下册 狭义相对论 Qiqihar University 引言 1、历史背景 开尔文在迎接20世纪的新年献词： “19世纪已将物理学大厦全部建成，今后物理学家的任务就是修饰完善这所大厦” “在物理学晴朗的天空远处，还有两朵小小的令人不安的乌云” 经典物理的理论遇到了困难和挑战！ 2、相对论：关于空间、时间和物质运动之间相互联系的现代物理理论。 狭义相对论：研究惯性系中的时空关系 广义相对论：研究非惯性系中的时空关系 ——导致了相对论和量子力学的诞生 相对论是二十世纪初物理学的伟大成就之一，它是在无法用经典理论解释高速物体运动规律的情况下诞生的，它的诞生源于人们对电磁学理论的研究。 教学要求： ?掌握狭义相对论两个基本假设，了解洛论兹变换； ?理解同时性的相对性、长度收缩和时间延缓； ?掌握质速关系、质能关系 （共4学时） 第十五章 狭义相对论 一 伽利略变换式 当 时 与 重合 位置坐标变换公式 经典力学认为：1）空间的量度是绝对的，与参考系无关；2）时间的量度也是绝对的，与参考系无关 . * 加速度变换公式 伽利略速度变换公式 对于所有的惯性系, 牛顿力学的规律都具有相同的形式. 伽利略坐标变换公式 ——牛顿力学相对性原理。 绝对时空概念：时间和空间的量度和参考系无关 , 长度和时间的测量是绝对的. 二 经典力学的绝对时空观 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 . 绝对时间: 所有惯性系有统一的时间. 绝对空间：空间与运动无关，空间是绝对静止的. 实践已证明 , 绝对时空观是不正确的. 想一想：对于不同的惯性系，电磁现象基本规律的形式是一样的吗 ？ 真空中的光速 对于两个不同的惯性参考系 , 光速满足伽利略速度变换吗 ？ 三 光速依赖于惯性参考系的选取吗 矛盾 球投出前 结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球. 试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达到观察者所需要的时间. (根据伽利略变换) 球投出后 迈克尔孙 — 莫雷实验 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，或与其它的实验事实相矛盾，最后均以失败告终 . 实验结果 否定了“以太”的存在；肯定了光速不变. 仪器可测量精度 理论预测 真空中光速与参考系无关（即与光源的运动和观察者的运动无关），不服从伽利略变换。 电磁学理论与伽利略速度变换出现了不可调和的矛盾。修改电磁理论？放弃绝对时空观？ 1983年国际规定：真空中的光速为物理常数 爱因斯坦的哲学观念：自然界应当是和谐而简单的. 理论特色：出于简单而归于深奥. 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作出很多的重要的贡献 . 15 – 2 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 1905年爱因斯坦 ?论动体的电动力学?给出相对论的物理基础。爱因斯坦的预言，其它人甚至都没想象过。 一　狭义相对论的基本原理 1）爱因斯坦相对性原理：物理定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. 相对性原理是自然界的普遍规律. 所有的惯性参考系都是等价的 . 伽利略变换与狭义相对论的基本原理不符 . 15 – 2 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 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