牛顿相对性原理

6一1牛顿相对性原理第6章：狭义相对论基础1惯性参照系与伽利略变换对变换式：当u’=0时，有a=a’两坐标系相对做匀速直线运动。这时质点在S系的加速度与在S’系的加速度相同。惯性参照系：牛顿定律在其中成立的坐标系。由上面的分析可知：两个相对做匀速直线运动坐标系，若其中一个是惯性参照系，则另一个也是惯性参照系。相对性原理:牛顿运动定律在所有的惯性系中都是相同的。2YX’XY’O’0Z’Zu伽利略变换(S’做匀速直线运动，t=0时两坐标系重合）S’SX=X’+ut’y=y’z=z’t=t’X’=X-uty’=yz’=zt’=tVx=Vx’+uVy=Vy’Vz=Vz’Vx’=Vx－uVy’=VyVz’=VzC+uC-u经典力学的时空观3经典力学的时空观由此得出结论：所有的惯性系都是等价的，不可能由在一个惯性系的力学实验得出该惯性系相对于另一惯性系做什么运动。1、对于任意的两个惯性系时间、时间的间隔是一致的。（t=t’

或

t’=t△t=△t’)2、若将S系S’系的米尺较好后，在以后的任意时刻，两尺测得的长度相同。3、在S系中质量为m的物体在S’系质量也为m。4牛顿对绝对时间空间的看法：绝对空间就其本质而言，是不依赖于任何外界事物的，它永远是相同的、不变的。绝对的、真实的数学时间，就其自身及其本质而言，是永远均匀地流动的，不依赖于任何外界事物。5牛顿力学的困难电磁场方程组不服从伽利略变换，由此导出的光速为与参照系无关这一结果与牛顿的经典力学中光速与参照系有关的结论不符。涉及到相对性原理经典电磁学经典力学（牛顿定律、伽利略变换）声速指的是声音在静止空气中的速度，有确定的参照系。而光在真空的速度，无参照系。6光速不变的几种可能解释：1、相对性原理只适用于力学，不适用于电磁学，在电磁学中有绝对参照系Ether。在该参照系光以C的速度传播,在其它惯性系坐标变换服从伽利略变换。2、麦克斯维方程有错误，相对性原理既适用于力学，也适用于电磁学，坐标变换服从伽利略变换。3、经典力学有错误，相对性原理既适用于力学，也适用于电磁学，但牛顿定律是不正确的，伽利略变换将不适用。应引入新的变换。寻找绝对参照系的尝试：麦克尔逊-莫雷实验1881年起开始作关于地球相对于以太运动速率的测试。7半透明反射膜补偿板8沿路径1的光线沿路径2的光线△t=t2－t1M2M2M2l29麦克尔逊—莫雷实验的结果是没有可以说明问题的条纹移动。（按实验设备的设计应该看到0.4条的条纹移动，但是观察到的条纹移动小于1%）即地球相对于以太的运动速度为0。修改电动力学的尝试：光速是指光相对于光源的运动速度，在光源参照系光速为c，其它参照系光速服从伽利略变换。通过实验证实也不正确，实验发现如果光源影响光速即：则k<10－5(德.希特利用高能加速器的到的结果）。102、狭义相对论的基本假设1、相对性原理：一切彼此相对做匀速直线运动的惯性参照系对于物理学定律来说都是等价的。2、光速不变原理：对所有惯性系，光在真空中的速率恒为C,与光源或观察者的运动无关。洛伦兹变换X’Y’Z’O’utuSS’Ct’PCt根据矢量模的计算方法：在s系x2+y2+z2=(ct)2在s’系x’2+y’2+z’2=(ct’)211对于上面介绍的变量y、z、y’、z’由于不在运动方向上，对同一事件应测得相同值。即y’

=

yz’=z而x、t、x’、t’要满足相对性原理，应保持线性关系。

x’=a1x+b1tt’=a2x+b2t对S’系的原点相对于S系以u的速度运动。令x’=0给出S’原点在x中的坐标x=ut=－b1t/a1得u=－b1/a1对S系的原点相对于S’系以－u的速度运动。令x=0给出S’原点在x中的坐标x’=b1tt’=b2t解出t带入上式得

x’=b1t’/b2=－ut’得u=－b1/b2比较得a1=b2=γ

b1=－ua1=－uγ12将x’=γ(x－ut)y’=yz’=zt’=a2x+γt带入x’2+y’2+z’2=(ct’)2