大学物理—狭义相对论基础(1).ppt

* 相对论问题包括两个方面： 1.物理规律与参考系无关－－相对性原理 2.在两个参考系中对同一事件的描述形式不同 之间存在一个变换关系－－－变换式 变换式与相应的相对性原理相对应 牛顿力学的相对性原理对应伽利略变换 狭义相对性原理对应洛仑兹变换 在基本观点明确的前提下 重要的是变换式 * 明确本章研究的问题: 在两个惯性系中考察同一物理事件 通常： 实验室参考系 定为S系 运动参考系 定为S系 注意不要和运动叠加原理的内容相混淆 运动叠加问题只涉及同一个参考系 * 6.1 牛顿相对性原理和伽利略变换 一、伽利略变换 二、牛顿相对性原理 * 在两个惯性系中考察同一物理事件 一、伽利略变换 惯性系：S 和S? S?系相对S系作 匀速直线运动 t 时刻 物体到达P点 z * 正变换 逆变换 z 1、坐标变换 * 正 正变换 用S系的时间求导 牛顿时空观： 时间量度与参考系无关， 即 2、速度变换 * ——伽利略速度变换 正 逆 * 速度变换 正 逆 加速度变换 惯性系 3、加速度变换 * 在两个惯性系中 二、牛顿相对性原理 ?在牛顿力学中 力与参考系无关 质量与运动速度无关 若 则 牛顿定律在所有的惯性系中具有相同的形式，即所有的惯性系对牛顿定律都是等价的。 * 宏观低速物体的力学规律 在任何惯性系中形式相同 或 牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变 或 牛顿力学规律是伽利略不变式 如：动量守恒定律（以两质点碰撞为例） 利用伽利略变换 牛顿的相对性原理 动量守恒定律在伽利略变换下形式不变 * 注意几点 ① 牛顿时空中长度的量度是绝对的。 如在 S 和 S 系中量度同一物体的长度是相同的。 ②牛顿时空中时间的量度是绝对的。 在 S 和 S 系中时间量度相同。 ③ 绝对同时性。 * 绝对空间，就其本质来说，独立于外界任何事物，总是始终如一和静止不动的。 ——牛顿 绝对的，真正的和数学的时间自己流逝着，并由于它的本性而均匀地与任何外界对象无关的流逝着。 ——牛顿 * 6.2 狭义相对论的基本原理 一、问题的提出 二、狭义相对论的基本原理 * 爱因斯坦 20世纪最伟大的物理学家。他于1905年和1916年先后创立了狭义相对论和广义相对论, 于1905年提出了光量子假设,并于1916年被密立根的光电效应实验所证实。为此他在1921年获得了诺贝尔物理学奖 。 Albert Einstein (1879–1955) 年轻时的爱因斯坦 * 爱因斯坦 在量子理论方面他有很多重要的贡献。1906年用量子理论说明固体热容与温度的关系；1916年提出自激发射和受激发射的概念；1917年开创了宇宙学研究新纪元，并于1946年后发展为宇宙大爆炸理论；1925年以后一直不懈地致力于统一场论的研究工作。 Albert Einstein (1879–1955) 爱因斯坦像 * 爱因斯坦(1879-1955)简介 爱因斯坦于1879年3月14日出生在德国，1900年毕业于瑞士苏黎世工业大学，1901年入瑞士国籍。后在伯尔尼的瑞士专利局任审查员，1905年接连发表了四篇重要论文，建立了狭义相对论并奠定了量子物理学的基础。1914年到柏林普鲁士科学院任职并于1916年建立广义相对论。1933年希特勒执政后，他受美国普林斯顿大学邀请赴美并取得美国国籍，晚年主要精力集中在统一场论的研究上。1955年4月18日去世。爱因斯坦是人类历史上最具创造性的人物之一，在人类对宇宙认识的贡献上是无与匹敌的。 * 一、问题的提出 2) 光速c ——在哪个参考系中测的? 与参照系无关 1、麦克斯韦电磁场理论与伽利略变换的矛盾 1）用伽利略变换，电磁场方程不具有相同形式，然而在不同惯性系中做电磁场实验结果相同. 按照牛顿力学理论的伽利略变换： （光速和惯性系的选取有关） * 投出前 结论 观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球 根据伽利略变换，计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波到达观察者所需要的时间。 投出后 因果关系颠倒！ * 2、几种选择的可能 （1）伽利略变换正确，电磁现象的基本规律不符合相对性原理 （2）电磁现象的基本规律符合相对性原理，伽利略变换应该修正 （3）两者兼顾：电磁现象的基本规律在一个特殊参考系—“以太”参考系中成立 3、迈克耳孙—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 。 * 4、爱因斯坦认为 （1）自然界一切基本运动规律都应当满足相对性原理. （2）麦克斯韦电磁场