相对论第1讲——伽利略变换和经典时空观、洛仑兹变换.ppt

相对论,相对论第1讲 伽利略变换和经典时空观、洛仑兹变换,主要内容,一 牛顿相对性原理和伽利略变换 二 洛仑兹变换,一 牛顿相对性原理和伽利略变换,（一） 牛顿的相对性原理与绝对时空观,相对于不同的参考系 , 经典力学定律的形式是 完全一样的吗？ 相对于不同的参考系，长度和时 间的测量结果是一样的吗？,对于任何惯性参考系 , 牛顿力学的规律都具有 相同的形式 .,经典力学认为:,空间的量度是绝对的，与参考系无关；时间的量度也是绝对的，与参考系无关 .,两个惯性系S和S，分别建有坐标系 OXYZ 和 OXYZ，相应的坐标轴平行且 X和 X 轴共线；S 系相对于 S 系以速度 u 沿 X轴正方向作匀速直线运动；当 O 和 O 重合时，两系中的时钟各自开始计时，即 t=t=0；,（二） 伽利略变换,观察者分别用相对本系统静止的尺子和时钟测量同一事件 P 的空间坐标和时间坐标,事件：,某时刻在空中某处发生的一件事情。,约定系统：,1、两个基本概念,伽里略坐标变换：,P(x , y , z , t ),或,2、伽利略变换,速度变换式为,或,加速度变换式为：,自然界存在着相互独立且与物质运动无关的绝对时间、绝对空间。,3、经典时空观,(1) 同时的绝对性：,(2) 时间测量的绝对性：,(3) 长度测量的绝对性：,测量动杆的长度时，必须同时测量其两端点的坐标。,因此，所有惯性系都是等价的，没有一个惯性系处于更优越的地位，不能通过在一个惯性系中所做的力学实验来确定该惯性系本身相对其它惯性系的运动状态。,4、 力学的相对性原理,力学定律在一切惯性系中都是相同的。,在一个惯性系中所做力学实验与在其它惯性系中做力学实验的结果相同。,伽利略变换、经典时空观、绝对质量、力学相对性原理是一致的！,绝对质量：,力与惯性系无关：,成立,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),二 洛仑兹变换,1光速不服从伽利略变换,若光速服从伽利略变换，必然存在一个特殊的参考系, 以太,通过电磁现象可以找到它！,2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c，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 .,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 .,设 ： 时， 重合 ; 事件 P 的时空坐标如图所示 .,3. 洛仑兹变换,注：,(1) 当 时， 洛仑兹变换 伽利略变换。,(2) 给出 是一切物体的速度极限。,正变换,逆 变 换,3. 洛仑兹变换,逆变换：,4洛仑兹速度变换,正变换：,解：,例1：,求在 S 中观察到的时间间隔和空间距离 。,惯性系 S 和 S 为约定系统， 在 x 轴先后发生两个事件，S 系中观测其空间距离为 时间间隔为,已知：,求：,经典力学：,三 狭义相对论时空观,事件 1 ：车厢后壁接收器接收到光信号. 事件 2 ：车厢前壁接收器接收到光信号.,1、同时的相对性,结论 ：沿两个惯性系运动方向，不同地点发生的两个事件，在其中一个惯性系中是同时的， 在另一惯性系中观察则不同时，所以同时具有相对意义；只有在同一地点， 同一时刻发生的两个事件，在其他惯性系中观察也是同时的 .,在 S 系,在 系同时同地发生的两事件,运 动 的 钟 走 得 慢,2 时间的延缓,系同一地点 B 发生两事件,在 S 系中观测两事件,时间间隔,固有时间 ：同一地点发生的两事件的时间间隔 0.,时间延缓 ：运动的钟走得慢 .,固有时最短,标尺相对 系静止,在 S 系中测量,在 系中测量,3 尺寸的缩短,时、空、物质的运动紧密联系，时刻、时间、距离不再具有绝对性。,4、狭义相对论时空观,“同时”、时间测量、空间距离测量 具有相对性,洛仑兹变换的特点：,时、空坐标互为函数；,时、空坐标与参考系的相对运动有关；,时、空、运动不可分割地联系在一起。,洛仑兹变换导致：,在 S 系,例2 一长为 1 m 的棒静止地放在 平面内，在 系的观察者测得此棒与 轴成 角，试问从 S 系的观察者来看，此棒的长度以及棒与 Ox 轴的夹角是多少？设想 系相对 S 系的运动速度 .,解：在 系,例3 设想有一光子火箭以 速率相对地球作直线运动 ，若火箭上宇航员的计时器记录他观测星云用去 10 min , 则地球上的观察者测得此事用去多少时间 ？,运动的钟似乎走慢了.,解: 设火箭为 系、地球为 S 系,例二,作 业 题：,习题19.2,、19.7,、19.11,预习内容：,19.3-4节,复习内容：,本讲,1Einstein（美籍德人，1921）,2Newton（英国）,3Maxwell（英国）,4Bohr（丹麦，1922）,5Heisenberg（德国，1932）,6Galileo（意大利）,7