狭义相对论的基本原理洛伦兹变换式.ppt

1 14 1伽利略变换式牛顿的绝对时空观 2 一 伽俐略变换和经典力学相对性原理 1 伽俐略变换 3 4 速度变换公式 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 2 经典力学的相对性原理 NewtonPrincipleofrelativity 二 经典力学的绝对时空观 根据伽利略变换 我们可得出牛顿的绝对时空观 也称之为经典时空观 在S系内 米尺的长度为 在S 系内 米尺的长度为 利用伽利略变换式得 结论 空间任意两点之间的距离对于任何的惯性系而言都是相等的 与惯性系的选择或观察者的相对运动无关 即 长度是 绝对的 或称之为 绝对空间 再有 时间也与惯性系的选择或观察者的相对运动无关 绝对空间 绝对时间 和 绝对质量 这三个概念的总和构成了经典力学的所谓 绝对时空观 空间 时间和物质的质量与物质的运动无关而独立存在 空间永远是静止的 同一的 时间永远是均匀地流逝着的 8 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 举例如下页所示 9 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 10 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 11 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 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 13 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 14 A点光线到达地球所需时间 B点光线到达地球所需时间 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 2迈克耳孙 莫雷实验 实验原理图 以太风 光路1 光路2 光顺着以太风方向传播 光逆着以太风方向传播 往返一次所需时间 光路 1 光路 2 光相对于地球的速度垂直于以太的方向 往返一次需要时间 因为 由 两束光的光程差 将仪器旋转90 光程差将变号 光程改变量为 引起的条纹移动 光速 所选光波长 地球绕太阳的公转速度 干涉仪臂长约 21 迈克耳孙 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 22 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 1879 1955 23 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 24 关键概念 相对性和不变性 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 1 洛仑兹变换的导出 重合 两个参考系中相应的坐标值之间的关系 有 事件P的时空坐标如图所示 二洛伦兹变换式 1 时空是均匀的 因此惯性系间的时空变换应该是线性的 2 新变换在低速下应能退化成伽利略变换 设的变换为 根据Einstein相对性原理 的变换为 原点重合时 从原点发出一个光脉冲 其空间坐标为 对系 对系 由光速不变原理 1 时间关系的推导过程见下页 时间关系 时间关系的推导过程 二 时空变换关系 伽利略变换 1 在洛伦兹变换中时间和空间密切相关 它们不再是相互独立的 2 u c变换无意义 速度有极限 3洛伦兹速度变换式 正变换 逆变换 推导过程见下页 洛仑兹速度变换式的推导 1 正负号分子和分母上一样 2 分子和分母上别的规律 由洛仑兹变换知 36 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 例 设想一飞船以