经典力学的时空观 麦克尔逊-莫雷实验 狭义相对论基本假设.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,相 对 论,第十四章,一,理解,伽利略变换及牛顿力学的绝对时空观,.,二,了解,迈克耳孙莫雷实验,.,三,理解,狭义相对论的两条基本原理，,掌握,洛伦兹变换式,.,14-0,教学基本要求,四,理解,同时的相对性，以及长度收缩和时间延缓的概念，,掌握,狭义相对论的时空观,.,五,掌握,狭义相对论中质量、动量与速度的关系，以及质量与能量间的关系,.,14-0,教学基本要求,*,系相对于 系以匀速沿 轴运动，观察两参照系中同一事件的时空关系。,14-1,伽利略变换式 牛顿的绝对时空观,*,14-1,伽利略变换式 牛顿的绝对时空观,速度变换公式,*,14-1,伽利略变换式 牛顿的绝对时空观,加速度变换,在,两,相互作匀速直线运动的惯性系中,牛顿运动定律具有相同的形式,.,*,14-1,伽利略变换式 牛顿的绝对时空观,伽利略变换,当 时,与 重合,位置坐标变换公式,经典力学认为：,1,）空间的量度是绝对的，与参考系无关；,2,）时间的量度也是绝对的，与参考系无关,.,*,14-1,伽利略变换式 牛顿的绝对时空观,二 经典力学时空观,绝对空间,:,空间与运动无关,空间绝对静止,.,空间的度量与惯性系无关,绝对不变,绝对时间,:,时间均匀流逝,与物质运动无关,所有惯性系有统一的时间,.,14-1,伽利略变换式 牛顿的绝对时空观,牛顿的绝对时空观,牛顿力学的相对性原理,注 意,牛顿力学的相对性原理,在宏观、低速的范围内,是与实验结果相一致的,.,但在高速运动情况下则不适用,.,14-1,伽利略变换式 牛顿的绝对时空观,对电磁现象的研究表明,:,电磁现象所遵从的麦克斯韦方程组,不服从伽利略变换,.,真空中的光速,14-1,伽利略变换式 牛顿的绝对时空观,试计算球被投出前后的瞬间，所发出的光波达到观察者所需时间,.,球投出,前,球投出,后,(,根据伽利略变换,),例,14-1,伽利略变换式 牛顿的绝对时空观,观察者先看到投出后的球，,后看到投出前的球,.,结果,:,球投出,前,球投出,后,(,根据伽利略变换,),14-1,伽利略变换式 牛顿的绝对时空观,l,=,5000,光年,物质飞散速度,A,B,公元,1054,年,人们发现天上出现了一颗,“,客星,”,其耀眼的光芒,用肉眼在白天也看得见,.,史书记载它在天空中停留了,22,个月,产生了著名的金牛座蟹状星云,.,14-1,伽利略变换式 牛顿的绝对时空观,当一颗恒星在发生超新星爆发时,它的外围物质向四面八方飞散,即有些抛射物向着地球运动,现研究超新星爆发过程中光线传播引起的疑问,.,l,=,5000,光年,物质飞散速度,A,B,14-1,伽利略变换式 牛顿的绝对时空观,A,点光线到达地球所需时间,B,点光线到达地球所需时间,l,=,5000,光年,物质飞散速度,A,B,14-1,伽利略变换式 牛顿的绝对时空观,l,=,5000,光年,物质飞散速度,A,B,理论计算观察到超新星爆发的强光的时间持续约,.,实际持续时间约为,22,个月,这怎么解释,?,14-1,伽利略变换式 牛顿的绝对时空观,“以太”参考系是绝对静止系,G,M,1,G,迈克耳逊,-,莫雷实验,G,M,1,M,2,T,设,“,以太,”,参考系为 系,实验室为 系,14-2,迈克尔逊莫雷实验,G,M,1,M,2,T,（从 系看）,G,M,2,M,2,G,G,M,2,G,14-2,迈克尔逊莫雷实验,仪器可测量精度,实验结果,未,观察到地球相对于,“,以太,”,的运动,.,14-2,迈克尔逊莫雷实验,结论,：作为绝对参考系的,以太不存在,.,以后又有许多人在不同季节、时刻、方向上反复重做迈克耳逊,-,莫雷实验近年来,利用激光使这个实验的精度大为提高,但结,果,却没有任何变化,14-2,迈克尔逊莫雷实验,迈克耳逊,-,莫雷实验测到以太漂移速度为零,对以太理论是一个沉重的打击,被人们称为是笼罩在,19,世纪物理学上空的一朵乌云,.,14-2,迈克尔逊莫雷实验,爱因斯坦,20,世纪最伟大的物理学家之一,1905,年、,1915,年先后创立狭义和广义相对论,1905,年提出了光量子假设,1921,年获得诺贝尔物理学奖,还在量子理论方面有重要贡献,.,（,1,879-1955,）,14-3,狭义相对论的基本原理,洛仑兹变换,真空中的光速是常量，沿各个方向都等于,c,，,与光源或观测者的运动状态无关,.,1,相对性原理,物理定律在所有惯性系中都具有相同的表达形式,.,2,光速不变原理,一狭义相对论的基本原理,14-3,狭义相对论的基本原理,洛仑兹变换,关键概念：相对性和不变性,.,伽利略变换与,狭义相对论的基本原理不符,.,狭义相对论的基本原理,与实验事实相符合,.,这两条基本原理是狭义相对论的基础,.,14-3,狭义相对论的基本原理,洛仑兹变换,二 洛伦兹变换式,符合相对论理论的时空变换关系,设 时，重合,;,事件,P,的时空坐标如图所示,.,*,14-3,狭义相对论的基本原理,洛仑兹变换,1,洛伦兹坐标变换式,14-3,狭义相对论的基本原理,洛仑兹变换,正,变换,逆,变换,注 意,时,转换为伽利略变换式,.,14-3,狭义相对论的基本原理,洛仑兹变换,2,洛伦兹速度变换式,正变换,14-3,狭义相对论的基本原理,洛仑兹变换,逆变换,14-3,狭义相对论的基本原理,洛仑兹变换,讨论,光速不变,如在,S,系中沿,x,方向发射一光信号,在,S,系中观察,:,光速在任何惯性系中均为同一常量，利用它可将时间测量与距离测量联系起来,.,14-3,狭义相对论的基本原理,洛仑兹变换,