大学物理-09相对论.ppt

1 第三章相对论 3 1狭义相对论基本原理洛仑兹变换 2 返回 3 1狭义相对论基本原理洛仑兹变换 3 1 1伽利略变换和经典力学时空观 3 1 2狭义相对论的时空观小结 3 3 1 1伽利略变换和经典力学时空观 绝对时空观 1 研究物体的运动要选参照系 一个力学定律的形式在不同参照系中是否相同 2 长度 时间的测量是否与参照系有关 对这两个问题的回答经历了由经典力学到相对论力学 1 力学相对性原理 力学定律对所有惯性系都是等价的 两个力学基本问题 可由伽利略变换证明 3 1狭义相对论基本原理 洛仑兹变换 4 2 伽利略变换 约定 重合时 两个参照系对某一事件P的描述 坐标之间的关系 默认 伽利略坐标变换式人们认为是理所当然的从无人置疑 5 考虑 伽利略速度变换式 矢量形式 即 伽利略加速度变换式 矢量形式 6 惯性质量是常量 力与参照系无关 又因为 参照系中 参照系中 同理可证 伽利略变换受旧时空观限制 具有局限性 力学相对性原理 7 3 经典力学时空观 1 时间间隔 有两个事件 两次闪光 系 事件1 事件2 由伽利略变换 结论 绝对时间 在所有惯性系中 两事件的时间间隔相同 与参照系或观察者的运动无关 或者说 时钟计时不受其运动状态影响 系 8 2 空间间隔 默认 结论 绝对空间 9 其它惯性系相对该参照系做匀速直线运动 运动速度为 通过力学实验找不到绝对静止参照系 不可测定 由经典时空观可以确立一个绝对静止的参照系 力学相对性原理又指出 4 迈克尔逊 莫雷实验 伽利略变换的失效 1 实验目的 在所有的惯性系中寻找与绝对空间相对静止的绝对参照系 10 以太弥漫于整个宇宙空间 真空中的光速就是光相对以太的速度 寻找 以太 的实验 基本原理是测量地球相对 以太 的运动速度 以太是一个特殊的惯性系 如果找到以太也就意味着找到了绝对静止惯性参照系 光和电磁波的传播也需要一种弹性媒质 称其为 以太 由Maxwell电磁理论 真空中电磁波的传播速度 与参照系无关 11 令 第一步 光在系中测得 12 光在系中测得 两束光的光程差 13 第二步 转动前后光程差的改变 2 实验结果 无条纹移动 结论 在地球上 光沿各方向传播的速度相同 绝对静止惯性参照系 以太 不存在 光速C 光速 14 3 1 1狭义相对论的时空观 1 两条基本原理 原理1 是对力学相对性原理的推广 不仅适用于于力学 也适用于其它的物理现象 任何物理实验都不能确定本参照系的运动速度 绝对静止的参照系没有意义 说明 即 原理2 与实验事实相符 与伽利略变换矛盾 人为假定应修正 1905 15 2 洛仑兹变换 由于爱因斯坦提出两条原理 否定了伽利略变换 因此需要找到一满足上述原理的变换式 如何修正伽利略变换 爱因斯坦给出两条准则 在新的变换下 一切惯性系中的物理定律必须具有协变性 光速是不变的 但在一定的条件下应可简化为伽利略变换 洛仑兹变换符合以上两条准则 16 洛仑兹坐标变换 令 逆变换 规则 u变号 撇易位 约定同伽利略变换 17 说明 1 该变换说明 把时间 空间及物体的运动联系起来充分反映了时空特性 不再是绝对的 绝对时空观 2 当时 3 要求 洛仑兹变换中各量应为实数 是实数 抛弃了 洛仑兹变化转换为伽利略变换 即 真空中的光速是实物粒子运动的极限速度 18 洛仑兹速度变换 19 洛仑兹速度逆变换 规则 u变号 撇易位 当时 20 比较 牛顿力学 与参考系无关 相对论力学 与参考系有关 光速 光速 实验结论 21 证明 在洛仑兹变换下 光速不变 设在S参照系中 光沿X轴传播 由洛仑兹速度变换式 在参照系中 测得的光速也是 例题1 解 22 例题2 洛仑兹变换的推论 实物粒子的运动速度都小于c 也应是实数 光速是极限速度 超光速的实物粒子是不存在的 23 小结 1 掌握伽利略坐标 速度 加速度变换式