大学物理-09相对论1.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,狭义相对论基本原理,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,狭义相对论基本原理,第三章 相对论,3.1,狭义相对论基本原理 洛仑兹变换,1,返回,3.1,狭义相对论基本原理洛仑兹变换,3.1.1,伽利略变换和经典力学时空观,3.1.2,狭义相对论的时空观,小结,2,3.1.1,伽利略变换和经典力学时空观,(,绝对时空观）,1,、研究物体的运动要选参照系：,一个力学定律的形式在不同参照系中是否相同,？,2,、,长度、时间的测量是否与参照系有关,？对这两个,问题的回答经历了由,经典力学,到,相对论力学,!,1.,力学相对性原理：,力学定律对所有惯性系都是等价的。,两个力学,基本问题：,（可由伽利略变换证明）,3.1,狭义相对论基本原理,洛仑兹变换,3,2.,伽利略变换：,约定,重合时,两个参照系对某一事件,P,的描述：,坐标之间的关系,:,（默认）,伽利略,坐标,变换式,人们认为是理所当然的,从无人置疑,对应的坐标轴平行,轴,重合,4,考虑,伽利略速度变换,式,矢量形式,:,即：,从不同惯性系观察同一,物体的加速度是相同的。,伽利略加速度变换,式,矢量形式,:,5,惯性质量是常量,力与参照系无关,又,因为：,参照系中,参照系中,对所有惯性系牛顿第二定律都具有相同的形式,同理可证,对所有惯性系所有力学规律同样都具有相同的形式,伽利略变换受旧时空观限制，具有局限性,力学相对性原理,仅在经典,力学中适用,6,3.,经典力学时空观,（,1,）时间间隔：,有两个事件,（,两次闪光,）,系：,事件,1,事件,2,由伽利略变换：,结论：,（绝对时间）,在所有惯性系中，两事件的时间间隔,相同，与参照系或观察者的运动无关。或者说：时钟计时不受其运动状态影响。,系：,7,（,2,）空间间隔：,（默认）,在所有惯性系中，空间间隔不变，,与参照系或观察者的运动无关。或者说：尺的长度不受运动状态的影响。,结论：,（绝对空间）,8,绝对时空观：,在所有惯性系中，时间和空间相互独立，彼此无关，并与参照系或观察者的运动无关。,其它惯性系相对该参照系做匀速直线运动（运动速度为 ）,通过力学实验,找不到绝对静止参照系,（不可测定）,由经典时空观可以确立一个绝对静止的参照系,力学相对性原理又指出：,4.,迈克尔逊,-,莫雷实验（伽利略变换的失效）,(1),实验目的：,在,所有的惯性系中寻找与绝对,空间相对静止的绝对参照系。,9,19,世纪末期,物理学家认为：,以太,弥漫于整个宇宙空间，,真空中的光速就是光相对以太的速度。,寻找“以太”的实验-,基本原理是,测量地球相对“以太”的运动速度,。,以太,是,一个,特殊的惯性系,；,如果找到以太也就意味着找到了,绝对静止惯性参照系,。,光和电磁波的传播也需要一种弹性媒,质，称其为“以太”。,由,Maxwell,电磁理论，真空中电磁波的传播速度,与参照系无关,10,观察孔,令：,第一步：,光,在 系中测得：,11,光在 系中测得：,L,两束光的光程差：,12,第二步：,转动前后,光程差的改变：,(2),实验结果：,无条纹移动！,结论,:,在地球上，光沿各方向传播的速度相同！,绝对静止惯性参照系（以太）,不存在,。,伽利略变换不正确！,光速,C,=,光速,则,两束光的光程差：,13,3.1.1,狭义相对论的时空观,1.,两条基本原理：,所有物理定律对一切惯性系都是等价的。,相对性原理：,在所有惯性系中测得真空中的光速都相等。,光速不变原理：,原理,1-,是对力学相对性原理的推广；,不仅适用于于力学，也适用于其它的物理现象；,任何物理实验都不能确定本参照系的运动速度，,绝对静止的参照系没有意义。,说明：,即：,原理,2-,与实验事实相符；,与伽利略变换矛盾，人为假定应修正。,1905,14,2.,洛仑兹变换：,由于爱因斯坦提出两条原理，否定了伽利略变换，,因此需要找到一满足上述原理的变换式。,如何修正伽利略变换？,-,爱因斯坦给出两条准则：,在,新的变换下,一切惯性系中的物理定律必须具有,协变性,；,光速是不变的，但在一定的条件下应可简化为伽利略变换。,洛仑兹,变换,符合以上两条准则,15洛仑兹坐标变换,令,:,逆变换,规则,:,u,变号、,撇易位,约定同伽利略变换,16,说明：,（,1,）该变换说明,把时间、空间及物体的运动联系起来,充分反映了时空特性。,（,不再是绝对的,）,相对论时空观：,绝对时空观,（,2,）,当 时，,经典的极限条件,（,3,）,要求,洛,仑兹变换中各量应为实数，是实数,抛弃了,洛仑兹变化,转换为,伽利略变换,。,即：真空中的光速是实物粒子运动的极限速度。,17,洛仑兹速度变换,18,洛仑兹速度逆变换,规则,:,u,变号、,撇易位,当 时,19,比较,牛顿力学,与参考系无关,相对论力学,与参考系有关,时空观的革命,光 速,光 速（实验结论）,20,证明：在洛仑兹变换下、光速不变。,设在,S,参照系中，,光沿,X,轴传播,由洛仑兹速度变换式：,在 参照系中，测得的光速也是,例题,1,、,解：,21,例题,2,、,洛仑兹变换的推论,-,实物粒子的运动速度都小于,c,证明：在洛仑兹变换中,都是实数,也应是实数,光速是极限速度，超光速的实物粒子是不存在的,22,小结：,1,、掌握伽利略坐标、速度、加速度变换式；洛仑兹坐标变换式；,会利用它们进行计算。,（默认）,23,2,、掌握爱因斯坦狭义相对论的两假设。,所有物理定律对一切惯性系都是等价的。,相对性原理：,在所有惯性系中测得真空中的光速都相等。,光速不变原理：,逆变换的规则,:,u,变号、,撇易位,逆变换,24,经典力学,时空观：,在所有惯性系中，时间和空间相互独立，彼此无关，并与参照系或观察者的运动无关。,时间、空间及物体的运动是相互关联的,相对论,时空观：,（默认）,伽利略坐标变换,洛仑兹坐标变换,25,