相对论1.ppt

1、1,相对论由爱因斯坦（Albert Einstein）创立，,狭义相对论（Special Relativity）（1905）,揭示了时间、空间与运动的关系。,广义相对论（general relativity）(1915-1916),揭示了时间、空间与引力的关系。,重点是狭义相对论的时空观。,它包括了两大部分：,第六章 狭义相对论基础 （Special Relativity）,2,爱因斯坦（Albert Einstein） （18791955） 美籍 德国人 1921年获诺 贝尔物理奖,3,美国时代周刊1999年12月26日评选出20世纪的世纪人物 爱因斯坦,4,5,6,7,8,9,6.1 牛顿

2、时空观和力学相对性原理,牛顿相对性原理（力学相对性原理）：,一切力学规律在不同的惯性系中应有相 同的形式。,牛顿相对性原理源于牛顿的时空观。,牛顿的时空观可通过以下坐标和时间变 换来体现：,10,且 与 O 重合时，,，,。,由时空间隔的绝对性，有：,对时间求导，得：,11, 伽里略速度变换,牛顿力学中力和质量都与参考系的选择无关，,所以在不同惯性系中 的形式不变。,表明伽里略变换和力学相对性原理是一致的 。,用力学实验无法判定一个惯性系的运动状态。,这,12,电磁波（包括光）在真空中各方向速率都为 c 。,6.2 狭义相对论基本假设,19世纪下半叶，由麦克斯韦电磁场方程组得知：,= 2.99

3、108 m/s ,此即真空中光速。,问题： 1）此c是在什么参考系中测量 ？,2）假如在S系中，Maxwell方程组成立,光沿各方向传播的速率都是c,按伽里略变换,在S系中应测得沿x轴正向的光速为c-u,沿x轴负向的光速为cu等。,13,1905年爱因斯坦在论动体的电动力学 一书中提出如下两条基本原理：,1.物理规律对所有惯性系都是一样的。 这后来被称为爱因斯坦相对性原理。,2. 任何惯性系中，真空中光的速率都为 c 。,若保持光速不变原理就必须抛弃绝对的时空观。,这一规律称为光速不变原理。,光速不变原理与伽里略变换是彼此矛盾的，,14,6.3 狭义相对论的时空观,一.同时性的相对性,光速不变

4、原理将导致时间度量相对性。,在S系观察，光同时到达A， B,15,这就是同时性的相对性原理。,沿惯性系S和S 相对运动方向发生的两个,事件，,若 S 中是同时发生的，,则S 中就不是同,时发生的了。,在S系观察，光先到达A后到达B,反之，,16,17,沿垂直于相对运动方向发生的两件事的同时 性并不具有相对性。,二.时间间隔的相对性,讨论一个匀速运动的钟和一系列“静止”的 同步的钟的比较。,在 S 和 中两束相遇的光走的路程都分别是相同的。,18,：,(1),S ：,光速不变：,(2),由(1)、(2)解得：,19,20, 固有时（proper time）,固有时：同一地点两事件的时间间隔, 固

5、有时最短 。,一个运动的钟 和一系列静止的钟C1、C2比较，运动的钟 变慢了。,一个运动时钟的“1秒”比一系列静止时钟的 “1秒”长，这称为运动时钟的“时间延缓”。,时间延缓完全是一种相对效应。,21,解：,例：一飞船以 , 的速率相对于地面匀速飞行。飞船的表走了 5 秒钟，用地面上的钟测得的时间各是多少？,22,三、空间间隔的相对性,运动尺长度的测量：,事件1： 与 x1 对齐；,事件2： 与 x1 对齐；,：,动长,：,（固有时）,静长（固有长）,23, 固有长度最长。,运动尺的缩短是相对论的效应，并不是运动 尺的结构发生了改变。,由于时间膨胀，所以运动尺要缩短。,与尺一起运动的观测者感受

6、不到尺的变短。,24,25,解：,例：固有长度 l0 = 5 m的飞船，以 的速率相对于地球匀速飞行，从地面 测得的飞船长度各为多少？,26,解：,例 带正电的介子是一种不稳定的粒子。静止时平均寿命为2.510-8s,过后即衰变为一个介子和一个中微子。今产生一束介子，在实验室测得它的速率u=0.99c,并测得它在衰变前通过的平均距离为52m.这些测量结果是否一致？,t=2.5 10-8s是静止介子的平均寿命，是固有时。,当介子运动时，在实验室测得的平均寿命应是：,实验室测得它通过的平均距离应该是：,ut=53m,与实验结果符合得很好。,27,1971年，美国空军用两组CS（铯）原子钟绕地球一周