伽利略变换力学的相对性原理.ppt

第7章 相对论 Special relativity 想象力比知识更重要，因为知识是有 限的，而想象力概括着世界的一切，推动 着进步，并且是知识进化的源泉。严格地 说，想象力是科学研究中的实在因素。 爱因斯坦 伽 利 略 （1564-1642） 牛 顿 （1642-1722） 麦克斯韦 （1831-1879） 物 理 学 关 键 概 念 的 发 展 1600190018001700 力学 热力学 电磁学 2000 以牛顿力学和麦克斯韦电磁场理论为代表的经典 物理学，到20世纪初，已经取得了空前的成就。 1900年,著名物理学家开尔文发表新年祝词时说： “物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。” 开尔文在展望20世纪物理学前景时，却讲到： “物理学美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩 了，一朵与迈克耳孙-莫雷实验（寻找“以太”） 有关，另一朵与黑体辐射有关。” 但他却没有料到，这两朵小小的乌云正孕育着 一场暴风雨，并促成了近代物理学的两大理论支柱 相对论和量子力学的诞生。 伽 利 略 （1564-1642） 牛 顿 （1642-1722） 麦克斯韦 （1831-1879） 物 理 学 关 键 概 念 的 发 展 1600190018001700 力学 热力学 电磁学 2000 相对论量子力学 爱因斯坦 （1879-1955） 7.1 伽利略变换 力学的相对性原理 1、牛顿的绝对时空观 牛顿自然哲学的数学原理 （1687年） “绝对的、真实的纯数学的时 间，就其自身和其本质而言 ，是永远均匀流动的，不依 赖于任何外界事物。” “绝对的空间，就其本性而言 ，是与外界事物无关而永远是 相同和不动的。” 时间和空间都是绝对的， 与物质的存在和运动无关。 牛顿的绝对时空观 2、伽利略变换(Galileo coordinate transformation) 约定系统 设两个惯性系S和 S，S相对于S以速 度u作匀速直线运动。当t = t = 0 时，原点重合 位置坐标变换公式 * 加速度变换公式 伽利略速度变换公式 * 即 可见，同一质点对不同的惯性 系有相同的加速度。 伽利略变换集中地、全面地反映了经典绝地时空观 同时性是绝对的 S系：两事件同时发生， 时间间隔是绝对的 S系中两事件发生的时空坐标 和 S系： 即在S 系两事件也是同时发生的。 或写为 S 由于空间距离测量的同时性要求 空间间隔(距离)是绝对的 S 同时性、时间间隔和空间距离都是绝对的，与 参考系的选择无关。而且，时间和空间是彼此独立的 、互不相关的，并且独立于物质和运动之外。 牛顿很形象地把时间比做流水、把空间比做箱 子。时间永远在流逝、箱子永恒占据着空间。 3、力学相对性原理(relativity principle of mechanics) 所以在所有作匀速直线运动的惯性系中，牛顿 运动定律都有同样的形式。 从不同的惯性系来考察同一物体的运动状态， 其加速度相同， 牛顿力学认为物体的质量与运动无关，于是 由此可以推断牛顿力学的一切规律在伽利略变换下 其形式保持不变，或者说力学规律对于一切惯性参 考系都是等价的。 力学相对性原理 力学相对性原理的更重要之处在于，惯性系对 力学实验是平权的。 彼此完全隔绝的两种文 明，对惯性系写出的力学方 程，除了符号上的差异外， 结构上没有什么