現(xiàn)代物理知識講座學(xué)習(xí)培訓(xùn)模板課件

1、現(xiàn)代物理知識講座第一講相對論愛因斯坦: Einstein現(xiàn)代時空的創(chuàng)始人二十世紀(jì)的哥白尼18791955相對論狹義相對論廣義相對論（兩層樓）有一個故事說：一群大學(xué)生說說笑笑，跑去問愛因斯坦，什么叫相對論？什么是相對論？他回答說：“你坐在一個漂亮姑娘旁邊，坐了小時，覺得只過了分鐘；如果你挨著個火爐，只坐了分鐘，卻覺得過了小時。這就是相對論?！?一個宇航員乘著以0.9998c的宇宙飛船去旅行，他臨走的時候有父母妻子和五歲的小女兒。當(dāng)他遨游太空一年后又回到地球，他的父母去世了，迎接他的只有他的妻子和女兒，妻子已是78歲的老太太，女兒也有55歲了。 這種事是可能的嗎？按照相對論，這是可能的。不過這里面

2、存在一個問題：從地球上的人看，飛船上的一年相當(dāng)于地球上的50年；可是，從飛船上的人看來，地球上的一年也相當(dāng)于飛船上的50年。宇航員回來，到底是宇航員顯得年輕呢，還是地球上的人顯得年輕呢？狹義相對論：研究慣性參考系即在作勻速直線運(yùn)動的參考系中進(jìn)行的現(xiàn)象廣義相對論：研究在任何參考系中進(jìn)行的現(xiàn)象狹義相對論基礎(chǔ)1力學(xué)相對性原理和伽利略變換一 力學(xué)相對性原理 伽利略的描述 1632年著名物理學(xué)家伽利略對關(guān)閉的船艙內(nèi)發(fā)生的力學(xué)現(xiàn)象有過一段生動的描述?！爸灰\(yùn)動是勻速的，也不忽左忽右地擺動。你將無法從其中任何一個現(xiàn)象來確定，船是在運(yùn)動還是停著不動。即使船運(yùn)動得相當(dāng)快，在跳躍時，你將和以前一樣，在船板上跳過相

3、同的距離，你跳向船尾也不會比跳向船頭來得遠(yuǎn)。你把不論什么東西扔給你的同伴時，不論他是在船頭還是在船尾，只要你自己站在對面， 你也不需要用更多的力。水滴象先前一樣，滴進(jìn)下面的罐子，一滴也不會滴向船尾，雖然水滴在空中時，船已行使了許多柞?！?伽利略的描述清楚的表明，在關(guān)閉的船倉內(nèi)作任何力學(xué)實驗，都不能確定船是相對地面靜止呢，還是在作勻速直線運(yùn)動。這個結(jié)論叫力學(xué)相對性原理或牛頓相對性原理。無獨(dú)有偶，這種關(guān)于相對性原理的思想，在我國古籍中也有記述，成書于西漢時代（比伽利略要早1700年）的尚書緯考靈曜 中有這樣的記述:“地恒動不止而人不知，譬如人在大舟中，閉牖而坐，舟行也不覺也。” 在任何一慣性參照系

4、中，都不可能通過任何力學(xué)實驗，來確定這參照系是處于靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)。（力學(xué)定律在所有的慣性參照系中都是等價的，具有相同的形式。）二 伽利略變換 設(shè)慣性系S 和相對于S沿X軸方向以速率u作勻速直線運(yùn)動的慣性系S或如果P點(diǎn)的質(zhì)量和它所受的相互作用力不因所在的慣性參照系而異（即與運(yùn)動無關(guān)），那么根據(jù)伽利略變換，牛頓運(yùn)動定律在不同的慣性系中就有相同的形式。如牛頓第二定律，既然f=f，m=m，a=a，在慣性參照系S，f=ma；在慣性參照系S，f=ma。質(zhì)量以及相互作用力與運(yùn)動無關(guān)（f=f，m=m，）正是經(jīng)典力學(xué)的基本觀點(diǎn)。既然伽利略變換保持經(jīng)典力學(xué)的形式不變，也就滿足力學(xué)相對性原理的要求，所以它是

5、經(jīng)典力學(xué)的基本變換關(guān)系。速度變換與加速度變換正逆兩個都是慣性系是恒量到此為止，似乎一切都是非常自然，非常圓滿，仿佛我們已經(jīng)達(dá)到了絕對真理，真理的頂峰了。但是，且慢！我們還是再聽一聽實踐的呼聲！1.伽利略變換的困難 19世紀(jì)下半葉，隨著科學(xué)實驗的發(fā)展，人們對電磁現(xiàn)象的認(rèn)識越來越深入。1864年，麥克斯韋總結(jié)了電磁現(xiàn)象和電磁運(yùn)動規(guī)律，得到了著名的麥克斯韋方程組。麥克斯韋方程組概括了庫侖定律等一系列經(jīng)1) 電磁場理論不服從伽利略變換驗定律，完整的反映了宏觀電磁場運(yùn)動的規(guī)律性，并且預(yù)言了電磁波的存在。23年以后，電磁波得到了實踐的證實。隨著電磁運(yùn)動普遍規(guī)律的建立，很自然地就提出了這樣一個問題：這些規(guī)律

6、是否也象牛頓運(yùn)動定律一樣在不同的慣性系中保持著相同的形式呢？或它們只適用于某一個特定的慣性參照系，而在另外的慣性參照系中要改變它們的形式呢？一句話，電磁現(xiàn)象是否遵從伽利略的相對性原理呢？我們也可以具體一點(diǎn)說，在“伽利略的船”上，如果進(jìn)行電磁學(xué)實驗，能否決定船是靜止還是作勻速直線運(yùn)動呢？ 兩個點(diǎn)電荷的例子： 在靜止的船中 由伽利略變換為軸上的單位矢量（1）（1）這就是說，靜止航船中的觀察者對一對電荷間相互作用力測量的結(jié)果，將發(fā)現(xiàn)它們?nèi)匀蛔駨膸靵龆?。在運(yùn)動的船中 如果船以勻速u沿x（x）方向航行，那么q1、q2對地面參照系s的速度為：vx=u，vy=vz=0 這時，船中的觀察者測量到電荷間的相互

7、作用力應(yīng)該有多大呢？因為在S的規(guī)律還是未知的，我們只能先在S系中按“通常的”電磁定律分析電荷間的相互作用，然后在按伽利略變換變到S系中去。從S系看來，除了q1在q2處激發(fā)電場E1，使q2受到電力fe的作用外，還由于運(yùn)動電荷q1在q2處激發(fā)磁場B1，使運(yùn)動電荷q2受到磁力fm的作用。按庫侖定律和洛倫茲公式所以q1作用在 q2上的總電磁力為按伽利略變換，仍有y2=y2，ry=ry故運(yùn)動的航船上的觀察者將發(fā)現(xiàn)，一對靜電荷（對他來說是靜電荷）間的相互作用力為（2）（2）顯然不要忘記，在伽利略變換的條件下，在不同的慣性系中加速度是相同的。因此，用力學(xué)的方法完全有可能發(fā)現(xiàn)（1）和（2）的差別，也就是說，可

8、以從中揭露矛盾。 顯然，這與庫侖定律不同，相差一個與相對速度u有關(guān)的因子。 （2）（1）兩種可能性一個最直覺的想法是：“通常的”電磁定律在 “伽利略航船中”并不成立，進(jìn)而還會想到，只要進(jìn)行實驗去測出一對靜電荷的真實作用力f動，并與庫侖定律所確定的 值f靜相比較，也就可以確定航船的“絕對”速度。果真如此的話，相對性原理就不適合電磁現(xiàn)象了。因為，電磁學(xué)實驗似乎能夠發(fā)現(xiàn)一個慣性系的“絕對運(yùn)動”。 但是，上述分析還不無疑問，因為上面我們暫時假定了地面參照系中“通常的”電磁定律準(zhǔn)確成立，這實質(zhì)上是假定地球處于一種“絕對靜止”的特殊地位，而其它一切慣性系則作“絕對運(yùn)動”。這樣假定顯然帶有人為的性質(zhì)。例如，

9、我們可以同樣假定在太陽系中麥克斯韋方程組成立，那么同上面一樣的分析，它在地面實驗室中就不再成立了。并且，根據(jù)如點(diǎn)電荷的相互作用力等電磁學(xué)實驗，我們就能夠確定地球的“絕對運(yùn)動”速度。 在電磁學(xué)的發(fā)展史上，物理學(xué)家們曾經(jīng)假定存在一種電磁介質(zhì)叫做“以太”，它無所不在，充滿了包括“真空”在內(nèi)的整個空間，是電磁場的載體。于是很自然會假定，以太參照系就是麥克斯韋方程組準(zhǔn)確成立的參照系。在其它慣性系中，電磁現(xiàn)象的規(guī)律會偏離麥克斯韋方程組。用實驗來測出這種偏離，就能夠確定某一慣性系，例如地球，相對于以太的“絕對運(yùn)動”。或者按當(dāng)時流行的說法，就是能夠測出以太在地面實驗室中的“漂移”。僅僅當(dāng)人們能夠以某種方式探知

10、了這種“以太漂移”時，才能證據(jù)確鑿地說，電磁現(xiàn)象不滿足相對性原理。 反過來說，也存在另一種可能性。就是：相對性原理仍然成立，但伽利略變換不適用于電磁定律。如果真是這樣，那就要求人們找出一個替代的變換規(guī)律，它能夠保持電磁定律在所有慣性系中有相同的形式，又同經(jīng)典力學(xué)已經(jīng)確立的事實不相矛盾。歷史證明，后面這一條才是正確的道路。但是，在當(dāng)時看來，伽利略變換仿佛是那么自然，它的基礎(chǔ)又好象是那么不證自明，以致很難對它有懷疑的余地。于是，人們的注意力就自然而然的集中在“以太漂移”上。為了探知“以太漂移”，進(jìn)行了一系列徒勞然而并非無意的嘗試。2) 光速C邁克耳遜-莫雷的 0 結(jié)果v是地球?qū)σ蕴倪\(yùn)動速度利用二

11、項式定理代入上式，略去等高次項即得（證明仿上）t-t從干涉花紋的變化可以推算出t-t，代入上式就可算出是地球?qū)σ蕴倪\(yùn)動速度，知道地球?qū)τ凇耙蕴痹鯓舆\(yùn)動，“絕對”參照系也就找到了。在麥克爾遜莫雷的實驗中，使用有效長度大約為10米，使用的波長大約是5000。因此，當(dāng)儀器轉(zhuǎn)過900時，預(yù)期引起的條紋移動數(shù)為 這樣大的條紋移動數(shù)目是容易觀察到的，因為麥克爾遜莫雷期待能夠用實驗直接證明以太的存在。 麥克爾遜莫雷的實驗的結(jié)果卻使當(dāng)時每一個人都感到驚奇，因為在實驗誤差的范圍外，竟然完全沒有發(fā)現(xiàn)條紋的移動！這個實驗有不同的人在不同的季節(jié)和不同的地點(diǎn)多次重復(fù)過，結(jié)果總是一樣：沒有檢測到以太的存在。 麥克爾遜

12、莫雷的實驗結(jié)果給人們帶來了一些困惑，似乎相對性原理只適用于牛頓定律，而不能用于麥克斯韋的電磁理論?？磥硪鉀Q這一難題必須在物理觀念上來個變革，這時許多物理學(xué)家都預(yù)感到一個新的基本理論即將產(chǎn)生。在洛侖茲等人為探求新理論所做的先期工作的基礎(chǔ)上，一位具有變革思想的青年學(xué)者愛因斯坦于1905年創(chuàng)立了狹義相對論，為物理學(xué)的發(fā)展樹立了新的里程碑。2狹義相對論的基本原理 愛因斯坦堅信世界的統(tǒng)一性和合理性，他在深入研究牛頓力學(xué)和麥克斯韋電磁場理論的基礎(chǔ)上，認(rèn)為相對性原理具有普適性，無論是對牛頓力學(xué)或者是對麥克斯韋電磁場理論皆如此。此外，他還認(rèn)為相對于以太的絕對運(yùn)動是不存在的。光速是一個常量，他與慣性系的選擇無

13、關(guān)。1905年，愛因斯坦在一篇論文中，摒棄了以太假說和絕對參照系的假設(shè)，提出了兩條相對論的基本原理：一 愛因斯坦的相對性原理 物理定律在所有的慣性系中都具有相同的表達(dá)形式，即所有的慣性參照系對運(yùn)動的描述都是等效的。這就是說，不論在那一個慣性系中作實驗都不能確定該慣性系的運(yùn)動。換言之，對運(yùn)動的描述只有相對意義，絕對靜止的參照系是不存在的?；蛘哒f，愛因斯坦相對性原理是自然界一條普遍原理。在所有慣性系里，不但力學(xué)定律同樣成立，而且電磁定律、光的定律、原子物理定律和其它物理定律都應(yīng)當(dāng)同樣成立。舉例來說，我們做一個電磁實驗，研究電流對附近磁針的作用規(guī)律，在地面上做這個實驗有什么結(jié)果，把儀器搬到勻速運(yùn)動的

14、火車上去做，或搬到勻速運(yùn)動的飛船上去做，也應(yīng)當(dāng)有同樣的結(jié)果，所得到的規(guī)律是一樣的。二 光速不變原理 真空中的光速是常量，它與光源或觀測者的運(yùn)動無關(guān)，即不依賴慣性系的選擇 例如，在地面上測的真空里的光沿各個方向速度值是30萬公里/秒，那么，在高速運(yùn)動的列車上，不論沿列車前進(jìn)方向，還是逆著列車前進(jìn)方向，測得光速都應(yīng)當(dāng)是30萬公里/秒（不計空氣影響）。在一切慣性系里所測得光的速度值是相同的。這兩條原理，愛因斯坦最初是當(dāng)作科學(xué)的假設(shè)提出來的，由于從它們出發(fā)所得到的一切推論，以后都出色的被實驗證實了，因而就成了舉世公認(rèn)的科學(xué)原理。3同時性的相對性 愛因斯坦對物理規(guī)律和參照系的關(guān)系進(jìn)行考察時,不僅注意到物

15、理規(guī)律的具體形式,而且注意到了更根本更普遍的問題-關(guān)于時間和長度的測量問題,首先是時間的概念.他對牛頓的絕對時間概念提出了懷疑,并且,據(jù)他說,從十六歲就開始考慮這個問題了.經(jīng)過十年的思考,終于得到了他的義乎尋常的結(jié)論:時間的量度是相對的,對于不同的參照系,同樣的先后兩個事件之間的時間間隔是不同的. 愛因斯坦的論述是從討論“同時性”概念開始的。在1905年，他寫到： 如果我們要描述一個質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動，我們就以時間的函數(shù)來給出它的坐標(biāo)值?，F(xiàn)在我們必須記住，這樣的數(shù)學(xué)描述，只有在我們十分清楚懂得“時間”在這里指的是什么之后才有物理意義。我們應(yīng)該考慮到：凡是時間在里面起作用的我們的一切判斷，總是關(guān)于同時的

16、事件的判斷。比如我們說：“那輛火車7點(diǎn)鐘到達(dá)這里” ，這大概是說，“我的表的短針指到7同火車到達(dá)是同時的事件”。注意到了同時性，我們就會發(fā)現(xiàn)，和光速不變緊密聯(lián)系在一起的是：在某一慣性系中同時發(fā)生的兩個事件，在相對于此慣性系運(yùn)動的另一慣性系中觀察，并不是同時發(fā)生的，這可由下面的實驗看出來。設(shè)光源發(fā)出一閃光，由于PA=PB，而向各個方向的光速是一樣的，所以閃光必須將同時傳到A、B，或者說，光到達(dá)A 和到達(dá) B這兩個事件在S 系中 觀察是同時發(fā)生的. 在S系中觀察這兩個同樣的事件,其結(jié)果又如何呢?如圖所示,在光從P發(fā)出到達(dá)A這一段時間內(nèi), A已迎著光線走了一段距離,而在光從P出發(fā)到達(dá)B這段時間內(nèi),

17、B卻背著光線走了一段距離. 顯然,光線從P發(fā)出到達(dá)A所走的距離比到達(dá)B所走的距離要短.因為這兩個方向的光速還是一樣的(光速與光源和觀察者的相對運(yùn)動無關(guān)),所以光必定先到達(dá)A而后到達(dá)B，或者說，光到達(dá)A和到達(dá)B這兩個事件在S系中觀察并不是同時發(fā)生的。這就說明，同時性是相對的。 如果P、A、B是固定在S系的x軸上的一套類似裝置，則用同樣分析可以得出，在S系中同時發(fā)生的兩個事件，在S系中觀察，也不是同時發(fā)生的。分析這兩種情況的結(jié)果還可以得出下一結(jié)論：沿兩個慣性系相對運(yùn)動方向發(fā)生的兩個事件，在其中一個慣性系中表現(xiàn)為同時的，在另一慣性系中觀察，則總是在前一慣性系運(yùn)動的后方的那一事件先發(fā)生。由圖也很容易了

18、解到，S系相對于S系的速度越大，在S系中所測得的兩事件之間的時間間隔就越長。這就是說，對不同的參照系，同樣的兩個事件之間的時間間隔是不同的。也就是說，時間的量度是相對的。時間的相對性 什么是時間?簡單地說,人們在鐘上所測得時間就是時間.要研究時間的特性,就得研究鐘的特性.愛因斯坦把時間看作是物質(zhì)世界的組成部分.那么使用人們?nèi)粘Ｋ玫陌l(fā)條或電池驅(qū)動的鐘,僅利用愛因斯坦的兩條基本原理,將是很難去研究時間的.愛因斯坦設(shè)想了一種簡單的鐘-光鐘,它不涉及機(jī)械運(yùn)動部件,而在其中運(yùn)動的只有光線.設(shè)在S系中A點(diǎn)有一閃光光源,它近旁有一鐘C.在平行于Y軸方向離A距離為d處放置一反射鏡,鏡面向A.令光源發(fā)出一閃光

19、射向鏡面而又反射回A,光從A發(fā)出到在返回A這兩個事件相隔的時間由鐘C給出,它應(yīng)該是在S系中測量,光從A發(fā)出再返回A這兩個事件相隔的時間又是多長呢?由于S系的運(yùn)動,這兩個事件并不發(fā)生在S系中的同一地點(diǎn).為了測量這一時間間隔,必須利用沿X軸配置的許多靜止于S系的經(jīng)過校準(zhǔn)而同步的鐘C1，C2等等。我們還可以看到，在S系中測量時，光線由發(fā)出到到返回并不沿同一條直線進(jìn)行，而是沿一條折線。為了計算光經(jīng)過這折線的時間，需要算出在S系中測得的斜線l的長度。為此，我們先說明，在S系中測量，沿Y方向從A到鏡面的距離也是d(這里應(yīng)當(dāng)懷疑一下牛頓的絕對長度的概念)這可以由下述火車鉆洞的假想實驗得出.設(shè)在山洞外停有一列

20、火車,車廂高度與洞頂高度相等.現(xiàn)在使車廂勻速向山洞開去,這時它的高度是否和洞頂高度相等呢?或者說高度是否和運(yùn)動有關(guān)呢?假設(shè)高度由于運(yùn)動而變小了.這樣,在地面上觀察,由于運(yùn)動的車廂高度變小,它當(dāng)然能順利通過山洞.如果在車廂上觀察,則山洞是運(yùn)動的,由于相對性原理,洞頂?shù)母叨葢?yīng)減小,這樣車廂勢必在山洞外被阻住.這就發(fā)生了矛盾.但車廂能否穿過山洞是一個確定的物理事實,應(yīng)該和參照系的選擇無關(guān).因而上述矛盾不應(yīng)該發(fā)生.這說明上述假設(shè)是錯誤的,因此在滿足相對性原理的條件下,車廂和洞頂?shù)母叨炔粦?yīng)因運(yùn)動而減小.這也就是說,垂直于相對運(yùn)動方向的長度測量與運(yùn)動無關(guān)因而在上圖中,由S系觀察,A和反射鏡之間沿Y方向的距

21、離仍然是d.以表示在S系中測得的閃光由A到返回A所經(jīng)過的時間由于在這段時間內(nèi)， A移動了距離所以由光速不變，所以又有由此式解出與公式比較得此時說明如果在某一參照系S中發(fā)生在同一地點(diǎn)的兩個事件相隔的時間是則在另一參照系S中的測得的兩個事件相隔的時間總是要長一些。二者之間差一個這就從數(shù)量上顯示了時間測量的相對性在某一參照系中同一地點(diǎn)先后發(fā)生的兩個事件之間的時間間隔叫原時。它是靜止于此參照系中的一只鐘測出的。在上面的例子中就是光從A發(fā)出又返回A所經(jīng)歷的原時（或固有時）。由可看出，原時最短。是在S系中不同地點(diǎn)測得的兩個事件之間的時間間隔，為兩地時。在一個慣性系中，運(yùn)動鐘比靜止的鐘走得慢。那只運(yùn)動的鐘的

22、1秒對應(yīng)于靜止的鐘的好幾秒。這個效應(yīng)叫做運(yùn)動的鐘時間膨脹。時間膨脹是時空的一種屬性，來源于光速不變原理。時間膨脹具有相對效應(yīng)。例 一飛船以的速率相對于地面勻速飛行。飛船上的鐘走了5s的時間，用地面上的鐘測量是經(jīng)過了多長時間？解：為原時此結(jié)果說明對于飛船這樣大的速 率來說，時間膨脹效應(yīng)實際上是很難測出來的。例2是1936年由安德森等人在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)的,其質(zhì)量為電子質(zhì)量的207倍.是不穩(wěn)定的,壽命很短,它會自發(fā)地衰變?yōu)橐粋€電子和兩個中微子.從產(chǎn)生到衰變,在靜止的參照系中觀察,平均壽命大約為百萬分之二秒(2 10- 6s).宇宙射線在大氣上層產(chǎn)生的速度極大,可達(dá)到2.994 2 108m/s=0.

23、998c.如果不考慮時間膨脹效應(yīng),它只能在大氣層中穿過這樣它不可能到達(dá)地面.而宇宙射線的觀察證明,高空中產(chǎn)生的可穿透大氣層到達(dá)地面,走過的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于600m.考慮時間膨脹效應(yīng)設(shè)有一慣性系S靜止于這個參照系中,S系以0.998C鉛直向下朝著地球參照系S運(yùn)動.在衰變過程中,從S系來看,平均壽命(2 10- 6s).-原時從S系來看其平均壽命為在此時間內(nèi)，穿越大氣層的距離應(yīng)該 為基本與實驗觀測結(jié)果相符。這是符合相對論的一個高能粒子實驗。實際上，近代高能粒子實驗，每天都在考驗著相對論，而相對論每次也都受住了這種考驗。4 長度縮短 什么是長度？用尺所量的長度。物體的長度定義為：物體相對觀察者靜止時，物

24、體兩端點(diǎn)之間的距離；物體相對觀察者運(yùn)動時，同時記錄下來的物體兩端點(diǎn)之間的距離，即兩端點(diǎn)位置坐標(biāo)之間的差值。由于同時性是相對的，所以長度的測量也是相對的。在S系中測得桿的靜長度-原長為了測出桿在S系中的長度為了測出桿在S系中的長度假設(shè)在S系中的t1時刻,B端經(jīng)過X1;在t1+t時刻,A端經(jīng)過X1則此時B端的位置必在 根據(jù)長度測量的規(guī)定，在S系中棒長就應(yīng)該是 這里t為桿的兩端點(diǎn)B、A相繼通過S系中同一地點(diǎn)x1兩件事件之間的時間間隔，顯然t為兩件事件的原時.在S系中看，S系以-的速度向左運(yùn)動，X1點(diǎn)相繼經(jīng)過B、A端，兩時間的時間間隔為t，顯然， t為在S系中不同地點(diǎn)發(fā)生的兩個事件的時間間隔，為兩地時

25、，其值為t、 t是同樣兩個事件分別在S、S系中的時間間隔，根據(jù)時間膨脹關(guān)系（原時與兩地時）得表明在相對沿桿長方向運(yùn)動的參照系S中測得的長度小于桿在其中相對靜止的參照系S中測得的數(shù)值，即運(yùn)動的桿長變短了，這就是所謂的長度收縮。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，長度收縮是相對的。當(dāng)甲、乙之間有相對運(yùn)動時，甲看乙的尺縮短了，乙看甲的尺也縮短了。這說明空間大小不是絕對的，而是相對的。長度收縮效應(yīng)是時空的屬性，并非運(yùn)動引起物質(zhì)之間的相互作用產(chǎn)生的實在數(shù)據(jù)。 應(yīng)當(dāng)指出：長度收縮只發(fā)生在相對運(yùn)動的方向上，垂直與相對運(yùn)動方向上的長度不變。當(dāng)C時,這又回到了伽利略變換,回到了牛頓的絕對時空概念,即空間的量度與參考系無關(guān).可見,牛頓的絕

26、對時空概念是相對論空間概念在物體的速度遠(yuǎn)小于光速時的近似.5 洛侖茲變換狹義相對論運(yùn)動學(xué)的核心 伽利略變換在電磁現(xiàn)象面前遇到了困難,它只適用于經(jīng)典力學(xué),不保證光速的不變性.狹義相對論否定了牛頓的絕對時空觀,因而也否定了伽利略變換.愛因斯坦毅然選擇了新的時空變換關(guān)系洛侖茲變換.這一新的時間空間變換關(guān)系是以光速不變原理為依據(jù),是相對論的坐標(biāo)變換關(guān)系.它滿足下列兩個條件:(1)光速不變原理和相對性原理 (2)當(dāng)物質(zhì)的速率遠(yuǎn)小于真空中的光速c時,新的坐標(biāo)變換關(guān)系應(yīng)能使伽利略變換重新成立.下面我們根據(jù)愛因斯坦的時空概念來推導(dǎo)洛侖茲變換求由兩個坐標(biāo)系測的在某時刻發(fā)生在P點(diǎn)的一個事件（例如一次爆炸）的兩套坐標(biāo)值之間的關(guān)系。在該時刻，在S系中測量在S系中測量消去X垂直于相對運(yùn)動方向的長度測量與參考系無關(guān)其中洛侖茲變換洛侖茲變換把空間坐標(biāo)與時間有機(jī)地聯(lián)系了起來，說明時空是緊密聯(lián)系、不可分割的，即三維空間和一維時間已不再是各自分立的，而統(tǒng)一為四維時空。在的情況下，洛侖茲變換又過渡到伽利略變換，即伽利略變換是洛侖茲變換在低速情況下的近似。正如以前指出的，牛頓的絕對時空概念是相對論概念在參考系相對速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速時的近似。為