运动的相对性与时空

运动的相对性与时空1第一页，共三十九页，编辑于2023年，星期三

一、初步认识相对性

运动描述与参考系有关,运动规律与参考系无关。

对牛力的认识,惯性系与非惯性系。§１从哥白尼到爱因斯坦“横看成岭侧成峰，远近高低各不同。”这是古人以文学语言阐述的对事物认识因人而异的事实。这是最原始的“相对性”。

2第二页，共三十九页，编辑于2023年，星期三二、深入认识相对性

认识论方法论的问题，教育人们要脱离自我客观地看问题。相对性问题的核心是：

物理规律是客观存在的，与参考系无关。

对“相对性”的正确认识，首先涉及“认识论、方法论”，在认识上必须要“超越自我”，即超越自我认识的局限，自觉摆脱经验的束缚，以事实为依据。

3第三页，共三十九页，编辑于2023年，星期三

相对论问题包括两方面1)相对性原理--物理规律的不变性;2)变换--不变式。张三张三说：头朝上。李四也说：头朝上。李四但，张三看李四，大头朝下！如：什么是上？下？4第四页，共三十九页，编辑于2023年，星期三三、哥白尼爱因斯坦是典范抛弃以我为中心抛弃地心说哥白尼5第五页，共三十九页，编辑于2023年，星期三爱因斯坦现代时空的创始人惯性系，非惯性系平权二十世纪的哥白尼所有的参考系平权6第六页，共三十九页，编辑于2023年，星期三从哥白尼到爱因斯坦---参考系的选择牛顿的相对性原理狭义相对性原理广义相对性原理

平权就是对称性§2牛顿的力学相对性原理和伽利略变换明确研究的问题:在两个惯性系中考察同一物理事件实验室参考系运动参考系7第七页，共三十九页，编辑于2023年，星期三在不同的惯性系中，考察同一物理事件。与重合时，两个参考系对表问题：一、伽利略变换t时刻，物体到达P点8第八页，共三十九页，编辑于2023年，星期三分量式正变换逆变换9第九页，共三十九页，编辑于2023年，星期三速度变换与加速度变换正逆惯性系

10第十页，共三十九页，编辑于2023年，星期三在两个惯性系中二、牛顿的相对性原理

牛顿力学中：相互作用是客观的分析力与参考系无关质量的测量与运动无关11第十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期三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：12第十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期三

§3爱因斯坦狭义相对论的

两个基本假设一、牛顿力学的困难1)电磁场方程组不服从伽利略变换2)光速C——在哪个参考系中测的?迈克耳逊—莫雷的0结果3)高速运动的粒子13第十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期三二、基本假设1、一切物理规律在任何惯性系中形式相同

——相对性原理2、光在真空中的速度与发射体的运动状态无关

——光速不变原理1)爱因斯坦

的理论是

牛顿理论的发展讨论一切物理规律力学规律14第十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期三2)光速不变与伽利略变换与伽利略的速度相加原理针锋相对3)观念上的变革牛顿力学速度与参考系有关(相对性)时间标度长度标度质量的测量与参考系无关狭义相对论力学长度、时间测量的相对性光速不变15第十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期三三、同时性的相对性

1、事件时空坐标2、同步钟3、同时性的相对性---光速不变原理的直接结果

以爱因斯坦火车为例说明16第十六页，共三十九页，编辑于2023年，星期三爱因斯坦火车地面参考系实验装置在火车上，分别放置信号接收器发一光信号中点放置光信号发生器17第十七页，共三十九页，编辑于2023年，星期三发一光信号研究的问题：

两事件发生的时间间隔事件1：接收到闪光事件2：接收到闪光处闪光光速为同时接收到光信号事件1、事件2同时发生。？？18第十八页，共三十九页，编辑于2023年，星期三事件1、事件2不同时发生事件1先发生处闪光光速也为系中的观察者又如何看呢？1、同时性的相对性是光速不变原理的直接结果2、相对效应3、当速度远远小于c时两个惯性系结果相同随运动迎着光应比早接收到光讨论19第十九页，共三十九页，编辑于2023年，星期三

§４狭义相对论的洛仑兹变换

重合且在此发出闪光经一段时间光传到P点一、推导寻找对同一客观事件两个参考系中相应的坐标值之间的关系20第二十页，共三十九页，编辑于2023年，星期三由光速不变原理：由发展的观点：狭义牛顿力学有<<情况下21第二十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期三由客观事实是确定的：对应唯一的设下面的任务是根据上述四式利用比较系数法确定系数22第二十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期三二、结果坐标变换式正变换23第二十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期三令则正变换逆变换24第二十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期三正变换讨论1)与时空坐标伽利略变换发展2)<<25第二十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期三变换无意义速度有极限4)由洛仑兹变换看同时性的相对性事件1事件2两事件同时发生？3)>26第二十六页，共三十九页，编辑于2023年，星期三若同时性的相对性5)时序因果关系已知27第二十七页，共三十九页，编辑于2023年，星期三§5时间膨胀长度缩短一、时间膨胀——运动时钟变慢考察一只钟。在研究一个物理过程的时间间隔中，在某系中，同一地点先后发生的两个事件的时间间隔(同一只钟测量)，与另一系中，两个地点发生的两个事件的时间间隔(两只钟分别测量)的关系。研究的问题是：28第二十八页，共三十九页，编辑于2023年，星期三1、原时两地时2、原时最短时间膨胀

在某一参考系中，同一地点先后发生的两个事件之间的时间间隔叫原时。考察中的一只钟(两事件发生在同一地点)(一只钟测出的时间间隔)(S系中的两个地点的两只钟测出的时间间隔)两地时原时29第二十九页，共三十九页，编辑于2023年，星期三由洛仑兹逆变换原时最短<130第三十页，共三十九页，编辑于2023年，星期三1、运动时钟变慢效应是时间本身的客观特征2、对同样的两个事件原时只有一个固有时本性时本征时3、双生子效应讨论31第三十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期三二、长度收缩--运动尺子变短

对运动长度的测量问题怎么测？同时测1、原长棒静止时测得的它的长度也称静长棒静止在系中，静长32第三十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期三棒静止在系中静长棒以极高的速度相对S系运动，S系测得棒的长度值是什么呢？事件1：测棒的左端事件2：测棒的右端相应的时空坐标33第三十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期三事件1：测棒的左端事件2：测棒的右端2、原长最长长度收缩

由洛仑兹变换34第三十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期三

1)相对效应2)纵向效应3)在低速下伽利略变换4)同时性的相对性的直接结果讨论35第三十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期三§6相对论速度变换定义由洛仑兹坐标变换上面两式之比36第三十六页，共三十九页，编辑于2023年，星期三由洛仑兹变换知由上两式得同样得37第三十七页，共三十九页，编辑于2023年，星期三洛仑兹速度变换式正变换