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1、第 6 章 狭义相对论基础,相对论：给出了高速运动物体的力学规律；并从根本上改变了许多世纪以来形成的时空观和运动观，建立了新的时空概念；揭示了质能关系，并开始了万有引力本质的研究。,相对论分为：狭义相对论、广义相对论,6.1 伽利略变换式 经典力学的相对性原理,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.,一、伽利略变换式,一、伽利略坐标变换式,二、伽利略速度变换公式,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.,6.2 经典力学的相对性原理,对于任何惯性参照系,牛顿力学的规律都具有相同的形式.这就是经典力学的相对性原理.,相对
2、于不同的参考系,经典力学定律的形式是完全一样的吗？,牛顿力学的回答:,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.,6.3 经典力学的绝对时空观,实践已证明,绝对时空观是不正确的.,时空观：绝对的、真正的数学时间，就其本质而言永远均匀流逝着，与任何 外界事物无关；绝对的空间就其本质而言与任何 外界事物无关，它从不运动，并且永远不变。（亦称绝对时空观）,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,光速满足伽利略变换吗？,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
3、需要的时间.(根据伽利略变换),900 多年前（公元1054年5月）一次著名的超新星爆发，这次爆发的残骸形成了著名的金牛星座的蟹状星云。北宋天文学家记载从公元 1054年 1056年均能用肉眼观察,特别是开始的 23 天,白天也能看见.,物质飞散速度,当一颗恒星在发生超新星爆发时,它的外围物质向四面八方飞散,即有些抛射物向着地球运动,现研究超新星爆发过程中光线传播引起的疑问.,实际持续时间约为 22 个月,这怎么解释?,理论计算观察到超新性爆发的强光的时间持续约,A 点光线到达地球所需时间,B 点光线到达地球所需时间,6.4 迈克尔孙 莫雷实验,19世纪已经建立了完善的电磁理论麦克斯韦理论，如
4、果用伽利略变换，光速在不同的惯性系中有不同的值，寻找光速为 的参照系。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.,设：PM1=PM2=L，仪器相对地球静止，地球相对“以态”速度为u,光由PM2P所用时间，由于装置随地球运动，该光线所走的实际光路如下图所示。,由几何关系：,两光线的时间差：,光程差：,将整个装置转900，此时，两光线正好互换，所需时间差,光 程 差：,转动前后总的光程差：,转动前后条纹移动数：,若L=11m,=5.910-7m(Na光）,u
5、=30km/s,则有 N=0.37!结果：条纹不动！,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具有很多的重要的贡献.,6.5 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.,关键概念：相对性和不变性.
6、,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.,一、狭义相对论的基本原理,二.洛伦兹变换式,设：时，重合;事件 P 的时空坐标如图所示.,长度的测量是和同时性概念密切相关.,光速在任何惯性系中均为同一常量，利用它将时间测量与距离测量联系起来.,意义：基本的物理定律应该在洛伦兹变换下保持不变.这种不变显示出物理定律对匀速直线运动的对称性 相对论对称性.,洛仑兹速度变换：,由洛仑兹变换知,正变换,逆变换,例：设想一飞船以0.80c的速度在地球上空飞行，如果这时从飞船上沿速度方向抛出一物体，物体 相对飞船速度为0.90c。问：从地面上看，物体速度多大？,解：,例、在惯性系S中，有两事件发生于同一地点，且第二事件比第一事件晚发生t=2s；而在另一惯性系S中，观测第二事件比第一事件晚发生t=3s那么在S系中发生两事件的地点之间的距离是多少？,解：令S系与S系的相对速度为u，有,u=2.24108 ms-1那么，在S系中测得两事件之间距离为：,=6.72108 m,
