伽利略变换关系牛顿的绝对时空观.ppt

4 1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观,一 伽利略变换式 经典力学的相对性原理,对于任何惯性参照系 , 牛顿力学的规律都具有 相同的形式 . 这就是经典力学的相对性原理 .,相对于不同的参考系 , 经典力学定律的形式是 完全一样的吗 ？,牛顿力学的回答:,明确研究的问题:,事件：某一时刻发生在某一空间位置的事例。 例如：车的出站、进站，火箭的发射，导弹的 爆炸，部队的出发，总攻的发起，城市的攻占 在坐标系中，一个事件对应于一组时空坐标.,两组时空坐标之间的关系称为坐标变换,在两个惯性系（实验室参考系S与运动参考系S）中考察同一物理事件,两个参考系（约定系统）,如图，S，S相应坐标轴保持平行，X，X 轴重合， S 相对 S 以速度 u 沿轴作匀速直线运动。,事件： t 时刻，物体到达 P 点,伽利略变换,变换分量式,速度变换,正变换,逆变换,加速度变换,正,逆,惯性系,牛顿力学中：,相互作用是客观的，力与参考系无关。,质量的测量与运动无关。,据伽利略变换,伽利略相对性原理,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,据伽利略变换，可得到经典时空观,（1）同时的绝对性,在同一参照系中，两个事件同时发生,据伽利略变换，在另一参照系中，,在其他惯性系中，两个事件也一定同时发生。,同时的绝对性。,2.经典力学时空观,（2）时间间隔的测量是绝对的,在同一参照系中，两个事件先后发生，其间隔为,在其他惯性系中，两个事件的时间间隔不变。,时间间隔的绝对性。,据伽利略变换， 在另一参照系中，,（3）长度测量的绝对性,当杆的方向沿轴方向时，长度是杆的两端的坐标差，但必须同时测量。,静止系中可不同时测,运动系中同时测,运动系中不同时测,静止系中，杆的长度为,运动系中，杆的长度为,据伽利略变换,长度测量是绝对的。,运动系中同时测,运动系中不同时测,静止系中，杆的长度为,运动系中，杆的长度为,据伽利略变换,长度测量是绝对的。,绝对时空概念：时间和空间的量度和参考系无关 , 长度和时间的测量是绝对的.,二 经典力学的绝对时空观,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 .,实践已证明 , 绝对时空观是不正确的.,经典力学认为质量是和运动无关的常量。所以：在经典力学中，长度、时间及质量都和运动无关，是个不变量。,1) 电磁场方程组不服从伽利略变换 2) 光速c是常量不论从哪个参考系中测量,迈克耳逊莫雷（MichelsonMorleg）实验 以伽利略变换为基础来观测地球上各个方上光速的差异。由于地球自转，据伽利略变换，地球上各个方向上光速是不同的，在随地球公转的干涉仪中应可观测到条纹的移动。,迈克耳逊莫雷实验没有观测到预期的条纹移动，称为零结果，说明光速不变。,牛顿力学的困难,对于不同的惯性系，电磁现象基本规律的形式是一样的吗 ？,真空中的光速,对于两个不同的惯性参考系 , 光速满足伽利略变换吗 ？,是否可以借助于光学实验的手段来发现相对于以太的运动呢？,1、绝对静止参照系 以太,三、关于光速的一些研究,经典电磁理论认为光是在一种称为以太的介质中传播的。,把以太选作为绝对静止的参照系。相对于以太的运动称作为绝对运动。,根据力学相对性原理，任何惯性系都是等价的，无法借助于力学实验的手段来确定惯性系自身的运动状态。,发现绝对运动的实验设想,.,A,B,以太海,以太参照系,u,光信号,光在以太中的速度是,根据伽利略速度变换,c,光向A传播速度为,光向B传播速度为,c,u,+,c,u,在车上的观察者认为：,所以：B先接受 到光信号,+,c,u,c,u,车厢中点,900 多年前（公元1054年5月）一次著名的超新星爆发， 这次爆发的残骸形成了著名的金牛星座的蟹状星云。北宋天文学家记载从公元 1054年 1056年均能用肉眼观察, 特别是开始的 23 天, 白天也能看见 .,物质飞散速度,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 .,实际持续时间约为 22 个月, 这怎么解释 ?,理论计算观察到超新性爆发的强光的时间持续约,A 点光线到达地球所需时间,B 点光线到达地球所需时间,迈克尔孙 莫雷实验,为了测量地球相对于“以太”的运动 , 1881年 迈克尔孙用他自制的干涉仪进行测量, 没有结果 . 1887年他与莫雷以更高的精度重新做了此类实验, 仍得到零结果, 即未观测到地球相对“以太”的运 动 .,设“以太”参考系为S系，实验室为 系,（从 系看）,人们为维护“以太”观念作了种种努力， 提出了各种理论 ，但这些理论或与天文观察，或与其它的实验相矛盾，最后均以失败告终 .,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.,4 - 2 狭义相对论的基本原理,爱因斯坦的哲学观念：自然界应当是和谐而简单的. 理论特色：出于简单而归于深奥.,Albert Einstein ( 1879 1955 ) 20世纪最伟大的物理学家, 于1905年和1915年先后创立了狭义相对论和广义相对论, 他于1905年提出了光量子假设, 为此他于1921年获得诺贝尔物理学奖, 他还在量子理论方面具有很多的重要的贡献 .,一 狭义相对论的基本原理,1）爱因斯坦相对性原理：物理定律在所有的惯性系中都具有相同的表达形式 .,2）光速不变原理： 真空中的光速是常量，它与光源或观察者的运动无关，即不依赖于惯性系的选择.,关键概念：相对性和不变性 .,相对性原理是自然界的普遍规律.,所有的惯性参考系都是等价的 .,伽利略变换与狭义相对论的基本原理不符 .,说明同时具有相对性，时间的量度是相对的 .,和光速不变紧密联系在一起的是：在某一惯性系中同时发生的两个事件，在相对于此惯性系运动的另一惯性系中观察，并不一定是同时发生的 .,长度的测量是和同时性概念密切相关.,4 3 洛伦兹变换,一、 洛伦兹变