14-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式.ppt

1 作业 指P142 三 1 三 2 三 4 三 5 三 6 三 7预习 马书 P300 315改错 1 指导书 P142 三 4最后一句 将 产生地点离地面的高度 改成 飞行的距离 2 指导书 P182 二 420改为4 P183 二 55 3改为3 P183 二 80 786c改为0 866c 2 相对论 第十四章 3 1905年 26岁的爱因斯坦发表了5篇著名论文 2 分子大小的新测定 推导出计算扩散速度的数学公式 3 关于热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动 提供了原子确实存在的证明 4 论动体的电动力学 提出时空关系新理论 被称为 狭义相对论 5 物体的惯性是否决定其内能 建立在狭义相对论基础上 该文表明质量和能量可互换 并推出被称为改变世界的方程式 E mc2 1 关于光的产生和转化的一个试探性观点 提出光量子概念 并成功的解释了光电效应现象 4 相对论由爱因斯坦 AlbertEinstein 创立 狭义相对论 SpecialRelativity 1905 揭示了时间 空间与运动的关系 揭示了时间 空间与引力的关系 本章重点介绍狭义相对论的时空观 它包括了两大部分 5 爱因斯坦 AlbertEinstein 1879 1955 美籍德国人获1921年诺贝尔物理奖 6 爱因斯坦 20世纪最伟大的物理学家 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 并因此于1922年获得1921年诺贝尔物理学奖 他还在量子理论方面有重要贡献 1879 1955 7 电磁波 包括光 在真空中各方向速率都为c 企图找到 绝对静止 参考系的思想实验 当时人们认为这只对 绝对静止 参考系 以太 才成立 按照伽利略变换的速度变换公式 有如下 设u c 19世纪下半叶 由麦克斯韦电磁场方程组得知 不同时 8 1887年 体现上面思想实验的迈克耳孙 莫雷 Michelson Morlay 实验却得到了 零 结果 用各种企图保持绝对参考系的假说来解释该实验结果 均遭到失败 地球就是 绝对静止 的参考系 典型的假说有 发射说和以太拖曳说 发射说和以太拖曳说 9 发射说 光速要叠加上光源的速度 射说 双星观测否定了发 即实际上观测 不到双星位置的扭曲 应观察到双星位置的扭曲 以太 ether 拖曳说 光在以太 绝对静止的参照系 中各向速度都是c 而以太又被地球拖着走 10 实际观测正上方的星体 望远 按以太拖曳说 光到地球附近要附加速度u 望远镜就不该倾斜了 镜必须向地球公转方向倾斜一个 小角度 这叫 光行差 现象 11 1922年爱因斯坦访日在即席演讲中有一段话 还在学生时代 我就在想这个问题了 当时 我知道迈克耳孙实验的奇怪结果 结论 如果我们承认迈克耳孙的零结果是事实 那么地球相对以太运动的想法就是错误的 是引导我走向狭义相对论的最早的想法 我很快得出 这 即绝对静止的参考系 以太是不存在的 12 爱因斯坦认为 在任何惯性系中光速都是各向为c 物质世界的规律应该是和谐 统一的 麦克斯韦方程组应对所有惯性系成立 这样就自然 地解释了迈克耳孙 莫雷实验的零结果 实践是检验真理的唯一标准 1978年5月11日 光明日报 特约评论员文章的标题 这个零结果否定了经典力学的伽利略变换 13 只有忠实于事实 才能忠实于真理 周恩来 只有人们的社会实践 才是人们对于外界认识的真理性的标准 真理的标准只能是社会的实践 毛泽东 14 1905年爱因斯坦在 论动体的电动力学 1 物理规律对所有惯性系都是一样的 2 任何惯性系中 真空中光的速率都为c 若保持光速不变原理 这一规律称为光速不变原理 光速不变原理与伽利略变换是彼此矛盾的 就必须抛弃伽利略变换 也就是必须抛弃经典力学的绝对时空观 一文中提出如下两条基本原理 这后来被称为爱因斯坦相对性原理 15 1相对性原理 爱因斯坦相对性原理 物理定律在所有惯性系中都具有相同的表达形式 一狭义相对论的基本原理 相对性原理是力学相对性原理的推广 力学相对性原理 在任意两个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 16 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 2光速不变原理 换言之 真空中任何惯性系中 光的速率都是c 与光源或观测者的运动状态无关 若承认光速不变原理 光速不变原理与伽利略变换是彼此矛盾的 就必须抛弃伽利略变换 也就是必须抛弃经典力学的绝对时空观 但它反映了客观事实 17 关键概念 相对性和不变性 注意到伽利略变换关系与狭义相对论的基本原理 光速不变原理 不符 而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 那么 狭义相对论的变换关系又该具有什么样的形式呢 18 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 19 1洛伦兹坐标变换式 20 正变换 时 转换为伽利略变换式 注意2 一个新理论的成功 必须满足三条 能够包容原有的理论 被不同的实验重复的验证 能预言一些新的现