相对论基本原理

爱因斯坦(A.Einstein),狭义相对论（specialrelativity）1905,相对论基础,广义相对论（generalrelativity）1915,一.牛顿力学,伽利略变换,伽利略相对性原理,4-1狭义相对论的基本原理,设惯性系k和相对k运动的惯性系,在两个惯性系中考察同一物理事件,t时刻物体到达P点,1，伽利略变换,伽利略变换,2，同时性和时间间隔的绝对性,1）同时性,2）时间间隔,同时性和时间间隔是绝对的，与参考系选择无关。,3，空间间隔的绝对性,空间间隔是绝对的。,牛顿力学中，,同时性、时间间隔和空间间隔都是绝对的，或者说：与观测者所处的参照系无关。,4，速度变换与加速度变换,两个惯性系,是恒量,牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变,在牛顿力学力与参考系无关，质量与运动无关,二.牛顿力学遇到的困难,1)电磁场方程组不服从伽利略变换,2)掷球实验,3)超新星爆发,1054年5月“昼见如太白，芒角四射，色赤白，凡见23日。”（金牛座蟹状星云）,物质飞散速度,理论计算观察到超新星爆发的强光持续时间约,A点光线到达地球所需时间,B点光线到达地球所需时间,三、迈克耳逊-莫雷实验的零结果,为解决牛顿力学遇到的困难，经典理论假设光是在一种称为以太（ether）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。,迈克耳逊莫雷利用干涉仪，试图测出地球相对于以太的运动速度。,“以太漂移”实验,但是，在实验中并没有观察到干涉条纹的移动。以后又在不同季节、不同纬度、不同时间进行实验，都没有观察到干涉条纹的移动。,迈克耳逊莫雷实验否定的结果说明：,绝对参照系以太是不存在的,仪器旋转后，由于光程差发生变化，应,该能观察到干涉条纹的移动。,著名的零结果实验,2.相对性原理：一切物理定律在任何惯性系中形式相同。(爱因斯坦保留了伽利略的),惯性系是平权的。,1.光速不变原理：在所有惯性系中，自由空间（真空）中的光速具有相同的量值c。,不管光源与观察者之间的相对运动如何，在任一惯性系中所测得的真空中的光速都是相等的。,四、狭义相对论的基本假设（基本原理）,为解决上述困难，爱因斯坦提出假设,例如：1964年到1966年，欧洲核子中心(CERN)在质子同步加速器中作了有关光速的精密实验测量，他们使在同步加速器中产生的介子以O.99975c的高速飞行，其在飞行中发生衰变，辐射出能量为6X109eV的光子，测得光子的实验室速度值仍是c.,EX.子是一种不稳定的粒子。以其自身为参考系，测得它的平均寿命为210-6s，此后衰变为电子和中微子。宇宙射线与上层大气相互作用产生的子，其速率为0.998c，试问它为什么能穿透9000m厚的大气层而到达地面实验室。,洛仑兹坐标变换式,五、洛仑兹变换,爱因斯坦将洛仑兹研究高速运动的物体提出的变换式，作为狭义相对论的变换式。,讨论：,变换即相对论包括了经典力学的内容，经典,的一种极限情况。,力学是相对论力学在物体速度远小于光速时,它们不再是相互独立的。,2.在洛伦兹变换中时间和空间密切相关，,4-2相对论速度变换公式,在k系中的速度表达式为：,在k系中的速度表达式为：,返回,结束,由坐标变换式：,两式微分得到：,同样可得到：,返回,返回,结束,讨论：,伽利略速度变换是洛仑兹速度变换在低速时的极限情况。,返回,结束,例1设飞机以光速飞行，飞机上的灯光以光速向前传播。求：飞机上灯光对地球的