狭义相对论课件

1、大学物理，讲师：迟，教材：物理教程(第二版)第二卷，狭义相对论，齐齐哈尔大学，2导论，1，历史背景，3，经典物理理论遇到了困难和挑战！相对论：关于空间、时间和物质运动之间相互关系的现代物理学理论。这导致了相对论和量子力学的诞生。相对论是20世纪初物理学的伟大成就之一。它是在经典理论无法解释高速物体运动规律的条件下诞生的，起源于电磁学理论的研究。教学要求：掌握狭义相对论的两个基本假设，理解洛伦兹变换；理解同时性的相对性、长度收缩和时间延迟；掌握质量-速度关系，质量和能量的关系(共4小时)，第15章，狭义相对论，5，伽利略变换公式，经典力学认为：1)空间的测量是绝对的，与参考系无关；2)时间的测量

2、也是绝对的，与参考系统无关。牛顿力学定律对所有惯性系统都有相同的形式。牛顿力学的相对论原理。7.绝对时空的概念：时间和空间的测量与参考系统无关，但长度和时间的测量是绝对的。2.经典力学的绝对时空观和牛顿力学的相对性原理在宏观和低速范围内与实验结果一致。实践证明，绝对时空观是不正确的。8.想想看：对于不同的惯性系统，电磁现象基本定律的形式是相同的。对于两个不同的惯性参考系统，光速满足伽利略速度变换吗？三光的速度取决于惯性参照系的选择吗？9.结果：观察者在被投掷后首先看到球，然后在被投掷前看到球。试着计算球发出的光波在投掷前后到达观察者所需的时间。(根据伽利略变换)，10。人们做出了各种努力来维护

3、“以太”的概念，并提出了各种理论，但这些理论都与天文观测有关，或者被证实光速是恒定的。11岁。真空中的光速与参考系无关(即与光源和观察者的运动无关)，也不服从伽利略变换。电磁学理论和伽利略速度变换之间存在着不可调和的矛盾。电磁理论的修正？放弃绝对的时间和空间观？1983年，国际上规定真空中的光速是一个物理常数。12.爱因斯坦的哲学思想：自然应该和谐简单。理论特征：简单被归因于深奥。20世纪最伟大的物理学家阿尔伯特爱因斯坦(1879-1955)分别于1905年和1915年创立了狭义相对论和广义相对论。他在1905年提出了光量子假说，并因此获得了1921年的诺贝尔物理学奖。他对量子理论也做出了许多

4、重要贡献。1905年，爱因斯坦给出了运动物体电动力学的相对论物理基础。爱因斯坦的预言甚至不是别人想象的。1)爱因斯坦的相对论原理：物理定律在所有惯性系统中都有相同的表达形式。2)光速不变原理：真空中光速不变，与光源或观察者的运动无关，即不依赖于惯性系统的选择。相对性原则是自然界的普遍规律。所有惯性参考系统都是等效的。伽利略变换不符合狭义相对论的基本原理。15，这表明同时存在相对性，而时间的测量是相对的。与光速不变密切相关的是，在一个惯性系统中同时发生的两个事件，在相对于这个惯性系统运动的另一个惯性系统中观察到的，不一定同时发生。16，两个洛伦兹变换，当，重合时；事件p的时空坐标如图所示。17，

5、逆变换，光速在任何惯性系统中都是相同的常数，这是用来把时间测量和长度测量联系起来的。18，意思是：在洛伦兹变换下，物理定律应该保持不变。光速，19，*三个洛伦兹速度变化，光速不变，20，一个同步相对论，事件1:车厢的后壁接收器接收光信号。事件2:车厢的前壁接收器接收光信号。在一个惯性系统中同时发生的两个事件，在另一个相对于该惯性系统运动的惯性系统中观察到的，不一定同时发生。21，不会同时发生。同时的相对性。想想看：沿着垂直于相对运动的方向？总结一下结论？先发生，然后呢？结论：在两个惯性系统的运动方向上同时发生在不同位置的两个事件，在另一个惯性系统中观察时不会同时发生。当在其他惯性系统中观察时，

6、在同一时间同一地点只可能同时发生两个事件。22，两个长度的收缩，标尺的相对静止，S系统中的测量：测量要求，系统中的测量：固有长度，运动长度，23，长度收缩3360运动物体在运动方向上的长度收缩是一个相对效应，结果是相反的。相对于观察者静止的长度是最长的。伽利略变换，火车钻孔错觉实验。P90: 15-54，思考：哪里是最长的长度测量，哪里会更短？24，作业： 15 14，16；22；思考： 15-14；7，12；15；15-11(14，24)；27；58，25，移动的时钟运行缓慢，并且延迟三倍，26，在相对观察者运动的惯性系统中观察到的这两个事件之间的时间间隔是测量时间，或运动时间，其由t表示。

7、在相对观察者静止的惯性系统中，在相同位置发生的两个事件之间的时间间隔被称为原始时间，或相同时间或固有时间，其由t表示。 洛伦兹变换：原始时间，时间测量，时间测量比原始时间长，(时间延迟效应)，27，狭义相对论的时空观1)在不同的惯性系统中，两个事件之间的时空关系是相对的，即时间和空间的测量是相对的。 2)时间和空间不是相互独立的，而是一个不可分割的整体。3)光速是建立不同惯性系统之间时空转换的纽带。2)时间延迟是一种相对效应。当在一个惯性系统中观察时，在另一个以匀速直线运动的惯性系统中，发生在同一地点的两个事件之间的时间间隔变长。这叫做时间延迟效应。28，时间延迟效应表明，当在惯性系统中观察时

8、，运动惯性系统中任何过程(包括物理、化学和生命过程)的节奏都变得较慢。宇宙飞船以每小时32400公里的速度相对于地面飞行。飞船上的时钟已经走了5秒钟。使用地上的时钟已经过了多少秒了？原始时间，测量时间=？定义事件、低速情况和时间延迟效应是很难找到的！29，解释：1。时间延迟效应的实验验证表明，中子形成于高层大气的顶层，静态平均寿命为2.15106秒，速度为0.995摄氏度。如果没有时间膨胀效应，它只能在行走640米后消失，不能在地面上观察到。儿童生活实验(1941)，2，因果关系不变，15-6；15；37，30，阅读孪生佯谬和孪生效应。1961年，美国斯坦福大学的海尔弗利克在分析大量实验数据的

9、基础上提出，寿命可以通过细胞分裂次数乘以分裂周期来计算。对人类来说，细胞分裂的次数约为50次，分裂周期约为2.4年。根据这个计算，人类的寿命应该是120年。因此，细胞分裂的周期可以代表生命过程的节奏。想象一对孪生兄弟告别他们的弟弟，乘宇宙飞船去太空旅行。在他们各自的参照系统中，哥哥和弟弟的细胞分裂周期是2.4年。然而，由于时间延迟效应，在地球上弟弟的眼里，哥哥在宇宙飞船上的细胞分裂周期比2.4年还要长，他认为哥哥比自己年轻。宇宙飞船上的哥哥认为他弟弟的细胞分裂周期也更长，他弟弟比他自己年轻。如果宇宙飞船返回地球问题的关键在于时间延迟效应是狭义相对论的结果，它要求航天器和地球是惯性系统。如果你想让宇宙飞船和地球保持在同一个惯性系统中，你的弟弟和弟弟只能永远说再见，不可能面对面地比较谁更年轻。这通常被称为孪生悖论。如果飞船返回地球，在往返的过程中会有加速度，飞船不会是惯性系统。