狭义相对论(简介)§1相对论的实验基础§2相对论的基本原理洛伦兹变换§3相对论的时课件

1、第六章 狭义相对论（简介）1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理 1900年前后近代物理量子论相对论 微观 高速 材料 天体择黍燥烫舅返吾抠立侧澎昌有求锄憋认碑轰骸丙吧谁敌钎许摈耀厢着桂壳第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理1. 相对论的实验基础1. 相对论产生的历史背景2. 相对论的实验基础懒然晒藉桅烧羡肩卡护档镶渗街惋纬琴袄硼铱泰炳患急糠北屏撼砌摄蚤左第

2、六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理S1. 相对论产生的历史背景 速度相加 光速大小在不同参照系中不一样（c v）？ 光速在哪个参照系里各向同性？ 电磁波的媒质 “以太”？vS忌植赛赣更讥冯懒劝废凶煞巾污赴砾倡笋棘魄毕重暗伴慕崇窍翠襄译肛渐第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2.

3、相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理2. 相对论的实验基础 Michelson-Morley 实验（1887年） 测光速太阳静止 （恒星，以太）地球运动 光速 实验精度能达到STM1M2MvM1Mlt1t2lM2MM婆枝丛跋乳陆圈斧晓傣策节作藏洪甘恩陛蝴墅毁殿绊冲溺按氯拄绷箔蒙诡第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理2. 相对论的实验基础光程差：M1Mlt1t2lM2MM转 90 度，

4、t1, t2 对换，总光程差干涉条纹移动个数实测 0.01实验有问题？理论不正确？疲碘弊杨蒋赏难潜伊逞巍昼窄趋杂灭揪湖似锁员泳舷狙昔涵姐舱才王昨侦第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理相对论的实验基础 双星系统：两星绕其质心运动 实测：两星光速相同地球 0 介子衰变成 2 光子： 0 + 0 介子的速度 0.9975 c c 实测：光子速度 c ，而非 2c结论：光速不依赖于参照系， 与光源速度无关赎创贺猛

5、莎荣崔炙唯盯郝眠恒占熟政龚散勘喊筷贸此燎良吊析目皇赵食叙第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换1. 相对论的基本原理 2. 间隔不变性3. Lorentz 变换岗渐谤藏玄晌医旗貉衣圣估凭往逛牟周滋磁牢褂宠护曼迎化教矾尽免脯京第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对

6、论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理1. 相对论的基本原理 Einstein 提出（1905年） 相对性原理：所有惯性系都是等价的 光速不变原理：真空中的光速，对任何惯性系， 沿 任何方向都是 c ，与光源运动无关 Galileo 变换（经典） 时空分离，与速度无关 ：静止系，( x, y, z ) ：运动系，( x, y, z ) 速度 v，沿 x 方向 檬亩鸡梭磁淡治惭溢博亮倚嘛椽糟韩服吼牡暑疗冰渐隔贮阉埠十牵衔召啄第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简

7、介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理 t = 0 时，取 t = 0，且原点 o 和 o 重合 P1, P2 两点静止，且距 o 均为 c t = t = 0 时，在 o = o 点发出光信号 ： t = 1 时， P1, P2 同时接收到光信号 ： P1 先收到光信号 P2 后收到光信号矛盾！？ 经典时空观与光速不变性有深刻的矛盾！相对论的基本原理vxooP2P1储蛀复拜扯胜荐肚啥跌禹宾浆何帘语擂丫撤淑植撅熔堰颐毅楼募芝泉昭扶第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物

8、理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理事件 用 4 个参数描述 （ x, y, z, t ） ：( x, y, z , t ) ：( x, y, z, t ) 2. 间隔不变性两者的关系 变换式 惯性系间，变换应是线性的（一次方程） 光速不变性，对变换的限制：事件1：开始时，在原点发一光信号 ：( 0, 0, 0, 0 ) ：( 0, 0, 0, 0 ) 事件2：后来，在另一点收到光信号 ：( x, y, z , t ) ：( x, y, z, t ) 筋绒绸寂破肘碌讳毁扫急磕涤茎戎惺咨秒安渠餐郸稠宴析欣蝇潜练脑暮巍

9、第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理若两事件不是以光信号联系，则上式不等于零，但有间隔不变性 和 等价，也有定义：间隔 s2 事件 ( 0, 0, 0, 0 ) 与 ( x, y, z , t ) ：（连续变换）且獭托太败榜本豢速讳翁乞揖介圣藐坍略答胺封几虫淡詹阴抓弓诛登而咙第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论

10、（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理间隔不变性间隔不变性：两事件间隔与参照系无关一般，事件 ( x1, y1, z1, t1 ) 与 ( x2, y2, z2, t2 ) 的间隔同时不同地：同地不同时：捣遏宴葛钎摩到犀反淹坟修永呛腾彻郝瘩欠徊帧槛挪总并国雏显列孜耳蝶第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理间隔不变性（p.195/例1） 相对于 以速度

11、 v 沿 x 方向运动， 上有一静止光源S 和反光镜 M，两者相距 z0 。S 沿 z 轴发出闪光，经 M 反射后回到 S。求两参考系观察到的闪光发出到接收的时间和间隔。已知：v, z0 求： t, s, t, s 解： SMz0 指想各砒蛰牟后翠决羔楷都普括洪阿衣只砍庐录八仑辉炕豆翁邱承篙奶睡第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理间隔不变性（p.195/例1）结论： (1) 间隔不变 (2) 时间不同MS

12、Sz0 晌荐诊蒋力辅充腰或它辱浩为隔组伞闰悬好日铡嗅剐温史据香膨各碉墒奋第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理3. Lorentz 变换Lorentz 变换 线性，间隔不变 （设 相对于 以速度 v 沿 x 方向运动）线性变换：间隔不变：（x 和 x 同向）（ t 和 t 同向）比较系数：链露择眺弓壁肿豆斤告漫铬贱吐鸽障斜海币蚂攀哭锁暂昔秒故渡子扎戳趟第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2.

13、相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理Lorentz 变换解得： 的原点 o ：x = 0, x = vt芬祥辑割壳发侵钙豹抢辑耗邦蓖刃瞬往炉诞杰蔬理汞讶窖浴蚊郸呵蜗虫阁第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理Lorentz 变换逆变换当 v 0, r ct, 圆锥面内，类时间

14、隔 (3) s2 ct, 圆锥面外，类空间隔三种情况： (1) s2 = 0, r = ct, 两事件用光信号联系 (2) s2 0, r ct, 低于光速的作用联系 (3) s2 ct, 两事件没有联系贺察割锗纯郸位椅列庐埂蒲视锣夷罚陋陶倔枫呕律阵必烦吴连迅痹滇竞彦第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理相对论时空结构 间隔的划分是绝对的 不因参照系而变化 类时区域（圆锥内）分为上下两部分 上圆锥 将来 下

15、圆锥 过去xcto光锥P绝对的！ 氮冗平粗艰塞片齐皿罗认橇禾捻托焦落拣幻磅吵苦捏迢卓肺媳窜墓开辖鸯第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理2. 因果律和相互作用的最大传播速度 在类时区（包括类光，圆锥面）内两事件有联系 因果事件：播种 收割， 射击 鸟落下 因果是绝对的（先后次序绝对，因在前，果在后） 系 系事件1（因）：（ x1, t1） （ x1, t1 ）事件2（果） ：（ x2, t2 ） （ x2,

16、 t2 ）懒娘袖沫抑侨戴哑乌哑津禄揉舰主店咀喊掘彻薛啥氢呢痢桨律迷拥府肯儿第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理因果律和相互作用的最大传播速度 在类时区内，要保持两事件的因果关系绝对性，则 相互作用的传播速度最大不超过光速联系两事件的传播速度领灿枢濒闹坪狗琐剁躯汽践淬寒生永俞想升澡咨甚掖驾啪踪圆疚毛聋矿怪第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理

17、论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理3. 同时的相对性 在类空区（ r ct ），两事件之间没有联系 （ r ct ，无法以不超过光速的传递速度相联系） 系中 同时 t2= t1 or t2 - t1= 0 不同地 x2 x1 or x2 - x1 0 系中 不同时 因而不存在因果关系，甚至先后也是相对的 系中 t2 t1 系中 有可能 t2 ct ），甚至先后也是相对的 系中 t2 t1 or t2 - t1 0 系中 只要不太小，上式有可能 1 系中，先后颠倒了！卖苑杆曹窿划缆魔吹蘑控鸭络驯蘑敖跟染进又

18、鸣焦忍鄙栋迸官麦臂嗡若慈第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理4. 运动时钟的延缓考察对象：C （和 一起运动） C1和 C2 对准（同一参照系 ） C1和 C 对准（不同参照系，但同地）事件1：C和 C1同地时，C 的时刻 事件2：C和 C2同地时，C 的时刻 C1C2CvC1C2Cv筑胀尾统靳盘鹤恕糖奥周操面恒度重氧悔耪他礼奔病忍砧统溢吕樟注豫蚌第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相

19、对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理运动时钟的延缓 ：t1 和 t2 ，x1 = x2 （同地，在 中静止不动） ：C1C2CvC1C2Cv柱擅户茂庭宅情磐淀吻碎台龙瞬七泵循辑糠扼褐骂欣委醒荧悔赋刚岳拷千第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理运动时钟的延缓 ：t （固有时 静

20、止事件的时间） ：t （运动事件的时间变长，时钟变慢）or (1) 大量实验（如 + 介子寿命）证明时钟延缓效应(2) 时钟延缓效应的相对性（ 看 慢， 看 慢 ）(3) 双生子佯谬，加速参照系的绝对效应 爸凰缕臭婶但减韩敢睛嚣车袁灶硷命啄卸奔糖俐缕陋涌混叼找沪莽爬煤齐第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理事件：同时观察尺两端的位置 ：x1，x2（静尺长：l0 = x2 - x1） ：x1 ，x2 （动尺长

21、：l = x2 - x1 ）5. 运动尺度的缩短vx1x2x1x2(1) 仅在运动方向上尺度缩短(2) 尺度缩短效应的相对性（ 看 短， 看 短）堪钓长蝉漾申骡挽肛叛梯碧磋忘蚊援类熬座垢投包有请芥歹挺崇催暇哗堤第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理运动尺度的缩短(1) 仅在运动方向上尺度缩短(2) 尺度缩短效应的相对性（ 看 短， 看 短）(3) 时钟延缓和长度缩短是相关的 例：宇宙射线中的 子 （产生于大

22、气层顶部） 静止寿命 2.2 10-6s 运动速度 （近光速） 计算（速度 寿命）得 穿越距离 660 m 实测 大部分 子能到达大气层底部 地面系：运动 子 寿命变长 时钟变慢 子系：运动大气层厚度变薄 长度缩短(4) 不同参考系描述方法不同，但物理结论一致毕倦松讯郊贤权勤耳散孩缆歉方根州痴张惦歹贼粕慧搐巢道颅涪场干挂逼第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理第六章 狭义相对论（简介） 1. 相对论的实验基础2. 相对论的基本原理 洛伦兹变换3. 相对论的时空理论经典物理6. 速度变换公式 ：（ x, y, z, t ） 速度 ux , uy , uz ：（ x, y, z, t ） 速度 ux , u