狭义相对论的基本原理洛伦兹变换式

第二十五讲相对论基本原理，洛仑兹变换丁成祥安徽工业大学2012年-2013年第一学期相对论基本原理，洛仑兹变换

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.AlbertEinstein(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重要的贡献.相对论基本原理，洛仑兹变换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.

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.相对论基本原理

（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.

早在伽利略时代科学家就知道：力学定律在所有惯性系中有等价的形式。

比如在匀速行驶的封闭车舱里中，你会感觉其中的一切运动现象和地面上的一样。你向前跳不会更远，向后跳不会更近…..没有任何一个力学实验能够区分，是你在运动，还是地面在运动。爱因斯坦相对性原理比如：动量守恒在静止系中看在运动系中看：动量守恒动量依然守恒爱因斯坦相对性原理伽利略变换:伽利略变换表达了一种绝对时空观，特别是绝对时间的观念。即在所有参照系中，时间都是一样的。时间对任何人、任何事物都绝对公平但在爱因斯坦的相对性原理中，并不要求一个绝对时间，按照相对论，同一事件在不同参照系中的时间可以不一样。这是因为光速不变性引起的。爱因斯坦相对性原理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，并不一定是同时发生的.同时是相对的

（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.例：

光子相对于A的速度是c，相对于B的速度也是c,不是c+u!光速不变性光速不变原理的验证：（“原理”只能被“验证”，不能被“证明”）例证：麦克尔逊-莫雷实验光是电磁波，在刚刚认识到电磁波的存在时，人们认为电磁波和机械波类似，其传播的介质是“以太”（ether）；以太如果存在：则他必须无比坚硬，因为越是坚硬的物质，传播机械波的速度越大，又必须无比柔软，因为我们生活在以太中，不能明显感受到它的存在；矛盾！光速不变性地球公转

实验装置的两个“臂”相等，假设地球相对以太运动，则沿着两个“臂”方向的光速是不一样的，即有光程差，再把仪器转过90度角，应该会有光程差变化，进而看到条纹变化；但实际并没有看到！以太风Michelson-Morley实验Michelson-Morley实验

爱因斯坦相对性原理和光速不变性导致了不同于伽利略变换的坐标变换和速度变换公式，即：二洛伦兹变换式*

设：时，重合;事件P的时空坐标如图所示.洛仑兹变换正变换逆变换

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.*洛仑兹变换（1）与成线性关系，但比例系数.（2）时间和空间不独立，和变换相互交叉.（3）时，洛伦兹变换伽利略变换。

洛伦兹变换特点

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惯性系的对称性——相对论对称性

.洛仑兹变换正变换例1：地面上有两名短跑选手，甲的速度为10m/s，乙的速度为9m/s，进行百米赛跑；天空有一宇宙飞船，速度为0.8c，那么：（1）当甲到达终点时，从地面看，甲跑了多少米？用了多少时间？乙跑了多少米？用了多少时间？（2）如果从宇宙飞船看，甲乙各自跑了多少米，用了多少时间？洛仑兹变换解：设地面为S系，飞船为S’系，则S’系的速度为u=0.8c,则：从地