大学物理学-狭义相对论基本原理

第15章狭义相对论基础狭义相对论基本原理狭义相对论时空观狭义相对论动力学----运动描述的相对性相对----只针对惯性系狭义1632年Galileo在一只叫“萨尔瓦阿蒂”的船上作过实验：不可能在惯性系的内部进行任何力学实验，来确定该系统本身的物理状态。要确定某个物体的运动状态，要选定该物体外的另外物体作为参考系；在任何惯性系内所做的力学实验，其结论相同，不依赖于参考系，即一切惯性参考系等价。

----伽利略相对性原理伽利略变换来源于人们加减物体速度的直觉伽利略变换式包含了以下两个基本前提假定了时间对于一切参考系、坐标系里都是相同的；假定了空间对于一切参考系、坐标系里都是均匀的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.伽利略变换导致还导致因果矛盾球投出前球投出后迈克耳孙-莫雷实验实验原理图以太风地球相对于以太速度：u光在以太速度：c反射镜M2单色光源反射镜M1②①②①②①来回光路是完全重合的，分开画只是为了便于理解光顺着以太方向传播光逆着以太方向传播往返一次所需时间：光路①M2M1②①②①①②②②M2M1②①②①①②以太风光路②光相对于地球的速度垂直于以太的方向。光路②光相对于地球的速度垂直于以太的方向。往返一次需要时间因为由两束光的光程差：将仪器旋转90°，由于光程差改变量。引起的条纹移动：零结果！光速：所选光波长：地球绕太阳的公转速度：干涉仪臂长约：实验结果：零结果在不同季节，不同地理条件下做实验，没有观察到条纹的移动。相对以太的绝对运动是不存在的，以太不能作为绝对参考系，以太假设不能采用；地球上沿各个方向的光速都是相等的。迈克耳逊—莫雷实验一直被认为是狭义相对论的主要实验支柱。实验表明：爱因斯坦:Einstein,

现代时空的创始人,二十世纪的哥白尼1.狭义相对性原理一切物理规律在所有惯性系中都有相同的数学形式。2.光速不变原理在所有惯性系中，光在真空中的速率恒为c

1.

Einstein

的相对性理论是Newton理论的发展讨论一切物理规律力学规律狭义相对论基本原理爱因斯坦的假设----

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

观念上的变革牛顿力学时间标度长度标度质量的测量与参考系无关速度与参考系有关(相对性)狭义相对论力学长度时间质量与参考系有关光速不变(相对性)革命性

事件间隔在某一时刻、某地点发生的一个现象称为一个事件定义两个事件之间的间隔

洛仑兹变换寻找重合两个参考系相应的坐标值之间的关系同时发出闪光经一段时间光传到P点从一个惯性系到另一个惯性系的变换只能是线性的由于相对性原理线性变换的一般形式我们总可以把S’相对S运动的方向选为x'轴，并令x轴与x'轴方向重合，y轴与y'轴、z轴与z'轴平行，两惯性系仅沿x轴相对平动，且O与O'重合时t=t'=0，则任意时刻，均有y=y',z=z'，相应地，线性变换形式可简化为

由时空统一的间隔不变性

比较两边系数

得时空变换关系正变换逆变换伽利略变换讨论1)在洛伦兹变换中时间和空间密切相关，它们不再是相互独立的。3)u>c变换无意义速度有极限例1：一短跑选手，在地球上以10s的时间跑完100m，在飞行速率为0.98c的飞船中观测者看来，这个选手跑了多长时间和多长距离（设飞船沿跑道的竞跑方向航行）？解：设地面为S系，飞船为S'系。例2：在惯性系S中，相距

x=5106m的两个地方发生两个事件，时间间隔

t=10-2s；而在相对