狭义相对论的基本假设洛仑兹变换.ppt

物理学是一门实验的科学 迈克尔逊 莫雷想用实验找到以太这个绝对静止的参照系 6 2狭义相对论的基本假设 迈克耳孙 莫雷实验 对光线 O M1 O 1 光速的伽利略变换未能被实验证实 迈克耳孙 莫雷实验的零结果 想象一种叫 以太 的连续介质充满了宇宙空间 就象空气中的声波一样 光线和电磁信号是 以太 中的波 Maxwell电磁场方程组不服从伽利略变换 真空中的光速 设地球相对于 以太 绝对惯性系 以速度沿OM1方向运动 对光线 O M2 O 由l1 l2 l和v c 两束光线的时间差 当仪器转动 2后 引起干涉条纹移动 实验结果 迈克耳孙 莫雷实验的零结果 说明 以太 本身不存在 Ethernet以太网以太网 属网络低层协议 通常在OSI模型的物理层和数据链路层操作 它是总线型协议中最常见的 数据速率为10Mbps 兆比特 秒 的同轴电缆系统 该系统相对比较便宜且容易安装 直接利用每个工作站网卡上的BNC T型连接器 就可以将电缆从一个工作站连接到另一个工作站 完成网络传输控制任务 知识卡片 1905年 A Einstein 2 狭义相对论的两个基本假设 假设1 相对性原理 在所有惯性系中 一切物理学定律都相同 即具有相同的数学表达式 或者说 对于描述一切物理现象的规律来说 所有惯性系都是等价的 假设2 光速不变原理 在所有惯性系中 真空中光沿各个方向传播的速率都等于同一个恒量 与光源和观察者的运动状态无关 首次提出了狭义相对论的两个假设 注意 这一原理实际上是伽利略力学相对性原理的推广 它不仅包含力学现象 而且包括一切其他的物理现象 包括两个意思 光速不随观察者的运动而变化 光速不随光源的运动而变化 一切物理规律 任何惯性系去测量光速都是c 与光源及参照系的运动无关 1 Einstein相对性原理是Newton力学相对性原理的发展 2 光速不变原理与伽利略变换针锋相对 力学规律 3 观念上的变革 时间和长度等的测量 牛顿力学 速度与参考系有关 相对性 狭义相对论力学 长度时间质量速度与参考系有关 洛伦兹变换 在相对论以前 H A 洛伦兹从存在绝对静止以太的观念出发 考虑物体运动发生收缩的物质过程得出洛伦兹变换 在洛伦兹理论中 变换所引入的量仅仅看作是数学上的辅助手段 并不包含相对论的时空观 爱因斯坦与洛伦兹不同 以观察到的事实为依据 立足于两条基本原理 相对性原理和光速不变原理 着眼于修改运动 时间 空间等基本概念 重新导出洛伦兹变换 并赋予洛伦兹变换崭新的物理内容 在狭义相对论中 洛伦兹变换是最基本的关系式 狭义相对论的运动学结论和时空性质 如同时性的相对性 长度收缩 时间延缓 速度变换公式 相对论多普勒效应等都可以从洛伦兹变换中直接得出 6 5洛伦兹变换 假设某一事件在惯性系S中的时空坐标为 x y z t 在惯性系S 中的时空坐标为 x y z t 则其坐标之间的变换关系 即洛伦兹坐标变换式表示为 正变换式 逆变换式 式中 洛伦兹HendrikAntoonLorentz 1853 1928 说明 1 彻底抛弃了t t 的绝对时间的概念 集中反映了相对论关于时间 空间和物质运动三者紧密联系的新概念 2 当u c洛伦兹变换简化为伽利略变换式 3 光速是各种物体运动的极限速度 为虚数 洛伦兹变换失去意义 因此 相对论也就指出了经典力学的局限性和适用范围 即 仅在低速情况下 经典力学的结论才是适用的 4 空间测量与时间测量相互影响 相互制约 例1 地面参考系S中 观测到x 4 0 106m处在t 0 02s时刻发生一闪光 求 在相对地球以匀速u 0 5c沿x轴正方向运动的飞船中 作为S 系 观测到的闪光发生的地点和时间 解 由洛伦兹变换式 6 6相对论速度变换式 速度变换 P S S 设惯性系S 中一质点P以速度 运动 该质点相对S 系的速度为 由 用dt 除以上三式 说明 当u和 远小于光速c时 相对论速度变换式又回到伽利略速度变换式 相对论速度变换式 在S 系中 测得光信号速度为c S 系相对S系沿x方向以u匀速运动 光信号 S x c S x 不管u多大 在S 系中测得光速仍然是c 追赶光是徒劳的 c是一切物质运动的极限速率 例2 解 S 系测得光信号的速度 求 狭义相对论的两个基本假设 假设1 相对性原理 在所有惯性系中 一切物理学定律都相同 即具有相同的数学表达式 或者说 对于描述一切物理现象的规律来说 所有惯性系都是等价的 假设2 光速不变原理 在所有惯性系中 真空中光沿各个方向传播的速率都等于同一个恒量c 与光源和观察者的运动状态无关 小结 洛伦兹变换 假设某一事件在惯性系S中的时空坐标为 x y z t 在惯性系S 中的时空坐标为 x y z t 则其坐标之间的变换关系 即洛伦