ch15-2 狭义相对论的两个基本假设.ppt

1、2020/10/13,第15章 狭义相对论基础,1,第 15 章 狭义相对论力学基础,15.1 经典力学的相对性原理 伽利略变换,15.2 狭义相对论的两个基本假设,15.3 狭义相对论的时空观,15.4 狭义相对论质点动力学简介,2020/10/13,第15章 狭义相对论基础,2,15.2 狭义相对论的两个基本假设,一. 狭义相对论的两个基本假设,1. 相对性原理,一切物理规律在所有惯性系中具有相同的表达形式，在描述“物质运动”的物理规律时，所有惯性系都是等价的。,自然界物质的运动是客观存在的,与观察者无关与参照系无关.,2. 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

2、,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,空间、时间是绝对的、彼此独立的、与参照系无关的、可以脱离物质的运动而存在。,2020/10/13,第15章 狭义相对论基础,3,(1) Einstein 相对性原理 是 Newton力学相对性原理的发展,(2) 光速不变原理与伽利略的速度合成定理针锋相对,是矛盾所在。,(3) 相对论时空观就是在相对性原理和光速不变原理两个假设的基础上发展起来的。,伽利略变换是经典时空观下联系事件惯性系间时空坐标关系的变换式,洛仑兹变换是相对时空观下联系事件惯性系间时空坐标关系的变换式,(4)在相对性原理和光速不变原理的基础上发展起了相对论

3、时空观后，伽利略变换不再能联系不同惯性系间同一个事件时空坐标之间的关系，我们在两个原理的基础上首先推出联系不同惯性系间同一事件时空坐标之间的变换关系式即洛仑兹变换。,2020/10/13,第15章 狭义相对论基础,4,二.洛仑兹变换,S系相对于S系以恒定速度运动，O和O重合时tt0 。,当tt0时，从O点发出一光信号,信号以球面波向外传播。根据爱因斯坦光速不变原理知,在S系和S系中观察到波面传播速度均为c，他们认为球面波的中心都在自己坐标原点处。即,这两个结论都是正确的！否则光速不变就错误！,这个假设说明，时间和空间不是彼此独立的，某事件发生的空间坐标和该事件发生的时间坐标之间用光速进行联系了

4、起来。,2020/10/13,第15章 狭义相对论基础,5,(x, y, z; t ),(x, y, z; t),S系相对于S系以恒定速度运动，O和O重合时tt0 。在S和S中观察P的时空坐标分别为,由于y、z方向没有相对运动，所以,令,对于S中O点以上假设肯定成立所以,将关系式代入得,该式对于任意x、t均成立，所以展开后对应系数必须相等，即,2020/10/13,第15章 狭义相对论基础,6,2020/10/13,第15章 狭义相对论基础,7,（1）洛仑兹变换关系是线性关系，这是真实事件所必须满足的条件，一个事件在S系中的一组坐标总是与它在S中的坐标一一对应的。,（2）当uc时，则洛仑兹变换

5、成为伽利略变换。说明了经典时空观是相对论时空观的低速近似结果。,（3）洛仑兹变换说明，按狭义相对论一切物体运动的速度不得超过c。,（4）洛仑兹变换也说明时间和空间不是独立的，时间和空间与参考系不是无关的。,2020/10/13,第15章 狭义相对论基础,8,(5) 空间测量与时间测量相互影响，相互制约,时间和空间不再是独立的、时间坐标、空间坐标、时间间隔、空间间隔等时空概念不再是与参考系无关的，而是与参考系有关的。此即相对论时空观。,(6) 根据洛仑兹变换公式，我们可以得出洛仑兹变换速度、加速度公式。,2020/10/13,第15章 狭义相对论基础,9,2020/10/13,第15章 狭义相对

6、论基础,10,例,一短跑选手在地面上以 10 s 的时间跑完 100 m。一飞船沿同一方向以速率 u = 0.8 c飞行。,求,(1) 飞船参考系上的观测者测选手跑过的路程；(2) 飞船参考系上测得选手的平均速度 。,选手起跑为事件1,到终点为事件2,分析：,利用洛仑兹变换解决问题关键要分析以下几个方面问题,首先明确“事件”开始和结束 ；确定S系和S系（S系相对S系以某速度匀速运动）；分别在两个参照系中写出“事件”的时间和空间坐标或者事件的时间间隔和空间间隔。,地面参考系为 S 系， 飞船参考系为 S，,2020/10/13,第15章 狭义相对论基础,11,因此， S 系中测得选手跑过的路程为,负号表示相对飞船人在后退,S 系中测得选手的平均速度为,负号表示相对飞船人在后退,2020/10/13,第15章 狭义相对论基础,12,例：一飞船相对底面以速率 u = 0.8 c飞行，一光