狭义相对论-1课件

爱因斯坦:Einstein现代时空的创始人二十世纪的哥白尼第十五章狭义相对论基础(SpecialRelativity)1主要内容：牛顿的时空观爱因斯坦的时空观爱因斯坦的狭义相对论

牛顿的相对性原理伽利略变换相对性原理、光速不变原理革命性的洛仑兹变换运动学效应时间膨胀长度收缩本章：将对运动与时空有一崭新的认识2

经典力学：宏观，低速(v

<<c)狭义相对论(SpecialRelativity)——研究：惯性系中的物理规律；惯性系间物理规律的变换。揭示：时间、空间和运动的关系。广义相对论(GeneralRelativity)——研究：非惯性系中的物理规律及其变换。揭示：时间、空间和物质分布的关系。

相对论：高速3绝对时间绝对空间§15-1经典牛顿力学的时空观伽利略变换一.绝对时空观空间

——独立存在、永恒不变、绝对静止不变的“容器”

时间——绝对的、真正的、数学的“流水”自身在永恒地、均匀地流逝空间和时间可以脱离物质和运动而独立存在，时间和空间没有任何联系，与参照系无关

绝对的、数学的、与物质的存在和运动无关

(参照系）5在所有惯性系中，物体运动所遵循的力学规律是相同的，具有相同的数学表达形式。即：一切力学规律在不同的惯性系中有相同的形式。

二.经典力学的相对性原理力学基本规律——牛顿定律有关定理：动量定理；角动量定理；动能定理、功能原理守恒定律：动量守恒；角动量守恒；机械能守恒它们只在惯性系中成立；在任何惯性系中形式相同。

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经典力学相对性原理与绝对时空观密切相关时间和空间的测量不依赖于惯性参考系，当然力学规律也不依赖于惯性参考系。一切惯性系在力学上是等价(平权)的没有谁更优越；不存在有特殊的、绝对的惯性系。在一惯性系中作任何力学实验都无法确定该惯性系是静止还是匀速直线运动。伽里略——

通过力学实验无法判定一个惯性系的运动状态。7速度变换正逆坐标变换用S系的时间求导牛顿时空：时间量度与参考系无关，即9加速度变换正逆惯性系在两个惯性系中10在牛顿力学中四.牛顿运动定律具有伽利略变换的不变性质量与运动无关力与参考系无关11§15-2狭义相对论的两个基本假设一.伽利略变换的困难麦克斯韦方程组不服从伽利略变换

——麦克斯韦预言了电磁波的存在，并指出其速率各向均为c(真空中)，与伽利略变换矛盾；2G1G2M1M①②2)光速C迈克耳逊-莫雷的0结果——麦氏方程不普遍成立，有局限；但实验指出，不同参照系中，方程又普遍正确；——在地球上及在任意一个惯性系中，光沿各个方向的传播速度都相同，都等于同一个恒量。131905年，A.Einstein首次提出了狭义相对论的两个假设1.光速不变原理在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值包括两个意思：

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所有惯性系都完全处于平等地位，没有任何理由选某一个参考系，把它置于特殊的地位。二.狭义相对论的两个基本假设2.相对性原理一切物理规律在所有惯性系中具有相同的形式14在牛顿力学中，与参考系无关在狭义相对论力学中，与参考系有关说明:(2)光速不变原理与伽利略的速度合成定理针锋相对(3)时间和长度等的测量——(1)

Einstein的相对性理论是Newton理论的发展一切物理规律力学规律一切物理规律在所有惯性系中具有相同的形式15洛伦兹坐标变换式的推导时空变换关系必须满足：

两个基本假设

当质点速率远小于真空中的光速，新时空变换能退化到伽利略变换对惯性系S'，根据光速不变原理，有在两个参考系中两者形式完全相同变换关系(线性)t

时刻，对惯性系S

有其中a,b,d,e

待定系数(x,y,z;t)P(x')O'z'y'S'OzySx

(x',y',z';t')17对

O'

：对O

:x(x')OO'18洛仑兹变换——坐标变换式正变换逆变换19洛伦兹变换表示一个真实事件在两个惯性系中的变换，所以变换式中不应该出现虚数。说明速度有极限——实际信号传递速度都不可能超过光速真空光速是一切物体运动速度的上限

变换无意义3）214）在两个不同的惯性系中，t′是x和t的函数，而t又是x′

和t′的函数。说明时间不再是与坐标无关的量。时间、空间是统一的整体，时空是有关联的，不是独立的。5）不同惯性系中，两事件间的时间间隔和空间间隔的变换关系：时间间隔和空间间隔与坐标有关，因不同惯性系的不同而不同。22例1地面参照系中，在处，于时刻爆炸了一颗炸弹。一飞船沿轴正向运动，速率求：飞船参照系中的观察者测得炸弹爆炸的地点和时间解