大学物理-09相对论1.ppt

1、1,第三章 相对论,3.1 狭义相对论基本原理 洛仑兹变换,2,返回,3.1 狭义相对论基本原理洛仑兹变换,3.1.1 伽利略变换和经典力学时空观3.1.2 狭义相对论的时空观 小结,3,3.1.1 伽利略变换和经典力学时空观(绝对时空观）,1、研究物体的运动要选参照系： 一个力学定律的形式在不同参照系中是否相同？,2、长度、时间的测量是否与参照系有关？,对这两个问题的回答经历了由经典力学到相对论力学!,1. 力学相对性原理：,力学定律对所有惯性系都是等价的。,两个力学 基本问题：,（可由伽利略变换证明）,3.1 狭义相对论基本原理 洛仑兹变换,4,2. 伽利略变换：,约定,重合时,两个参照系

2、对某一事件P的描述：,坐标之间的关系:,（默认）,伽利略坐标变换式 人们认为是理所当然的 从无人置疑,5,考虑,伽利略速度变换式,矢量形式:,即：,伽利略加速度变换式,矢量形式:,6,惯性质量是常量,力与参照系无关,又因为：,参照系中,参照系中,同理可证,伽利略变换受旧时空观限制，具有局限性,力学相对性原理,7,3. 经典力学时空观,（1）时间间隔：,有两个事件 （两次闪光）,系：,事件1,事件2,由伽利略变换：,结论：,（绝对时间）,在所有惯性系中，两事件的时间间隔 相同，与参照系或观察者的运动无关。或者说：时钟计时不受其运动状态影响。,系：,8,（2）空间间隔：,（默认）,结论：,（绝对空

3、间）,9,其它惯性系相对该参照系做匀速直线运动（运动速度为 ）,通过力学实验找不到绝对静止参照系（ 不可测定）,由经典时空观可以确立一个绝对静止的参照系,力学相对性原理又指出：,4.迈克尔逊-莫雷实验（伽利略变换的失效）,(1) 实验目的：,在所有的惯性系中寻找与绝对 空间相对静止的绝对参照系。,10,以太弥漫于整个宇宙空间，真空中的光速就是光相对以太的速度。,寻找“以太”的实验- 基本原理是测量地球相对“以太”的运动速度。,以太是一个特殊的惯性系； 如果找到以太也就意味着找到了绝对静止惯性参照系。,光和电磁波的传播也需要一种弹性媒 质，称其为“以太”。,由Maxwell电磁理论，真空中电磁波

4、的传播速度,与参照系无关,11,令：,第一步：,光在 系中测得：,12,光在 系中测得：,两束光的光程差：,13,第二步：,转动前后光程差的改变：,(2) 实验结果：,无条纹移动！,结论:,在地球上，光沿各方向传播的速度相同！,绝对静止惯性参照系（以太）不存在。,光速C =,光速,14,3.1.1 狭义相对论的时空观,1. 两条基本原理：,原理1-是对力学相对性原理的推广； 不仅适用于于力学，也适用于其它的物理现象；,任何物理实验都不能确定本参照系的运动速度， 绝对静止的参照系没有意义。,说明：,即：,原理2-与实验事实相符； 与伽利略变换矛盾，人为假定应修正。,1905,15,2. 洛仑兹变

5、换：,由于爱因斯坦提出两条原理，否定了伽利略变换， 因此需要找到一满足上述原理的变换式。,如何修正伽利略变换？-爱因斯坦给出两条准则：,在新的变换下 一切惯性系中的物理定律必须具有协变性； 光速是不变的，但在一定的条件下应可简化为伽利略变换。,洛仑兹变换符合以上两条准则,16,洛仑兹坐标变换,令:,逆变换,规则: u变号、 撇易位,约定同伽利略变换,17,说明：,（1）该变换说明,把时间、空间及物体的运动联系起来 充分反映了时空特性。 （不再是绝对的）,绝对时空观,（2）,当 时，,（3）,要求,洛仑兹变换中各量应为实数， 是实数,抛弃了,洛仑兹变化转换为伽利略变换。,即：真空中的光速是实物粒子运动的极限速度。,18,洛仑兹速度变换,19,洛仑兹速度逆变换,规则: u变号、 撇易位,当 时,20,比较,牛顿力学,与参考系无关,相对论力学,与参考系有关,光 速,光 速（实验结论）,21,证明：在洛仑兹变换下、光速不变。,设在 S 参照系中， 光沿X轴传播,由洛仑兹速度变换式：,在 参照系中，测得的光速也是,例题1、,解：,22,例题2、,洛仑兹变换的推论-实物粒子的运动速度都小于 c,也应是实数,光速是极限速度，超光速的实物粒子是不存在的,23,小结：,1、掌握伽利略坐标、速度、加速度变换式；洛