04-01經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀相對性原理

1、第四章 相對論基礎(chǔ)4-1 經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀 伽利略相對性原理 愛因斯坦(18791955)牛頓(1643 - 1727)“我不知道世人會如何看我。我覺得自己就像是在海灘上玩耍的一個(gè)男孩，我會為時(shí)不時(shí)找到了一個(gè)比尋常所見更加光滑的卵石或更加漂亮的貝殼而感到欣喜，而我的面前，卻是一片未被發(fā)現(xiàn)的真理的廣闊海洋?！?牛頓2目 錄第一章 力和運(yùn)動(dòng)第二章 運(yùn)動(dòng)的守恒量和守恒定律第三章 剛體和流體的運(yùn)動(dòng)第四章 相對論基礎(chǔ)第五章 氣體動(dòng)理論第六章 熱力學(xué)基礎(chǔ)第七章 靜止電荷的電場第八章 恒定電流的磁場第九章 電磁感應(yīng) 電磁場理論4-1 經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀 (伽利略相對性原理)4-2 狹義相對論基本原理 狹義相對

2、論的時(shí)空觀4-3 洛侖茲變換4-4 相對論速度變換4-5 狹義相對論動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)*4-6 廣義相對論簡介相對論是現(xiàn)代物理學(xué)泰斗愛因斯坦的偉大成就，但相對論的思想和我們的經(jīng)驗(yàn)相差如此之遠(yuǎn)，幾乎有些匪夷所思。然而相對論的正確性已為可靠的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，并為當(dāng)代學(xué)術(shù)界所共識。3相對論相對論是由愛因斯坦（Albert Einstein）創(chuàng)立的，包括：1. 狹義相對論（Special relativity 1905 年） 研究高速運(yùn)動(dòng)物體在慣性系中運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 以及物理量和物理規(guī)律在不同慣性系間的變換關(guān)系。 狹義相對論揭示了時(shí)間、空間與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。2. 廣義相對論（General relativity 1915

3、年） 研究在任意參考系中物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 以及它們在不同參考系之間變換的關(guān)系。 廣義相對論揭示了時(shí)間、空間與引力的關(guān)系。 “此時(shí)此刻，重力問題占據(jù)了我所有心思，有件事是確定的，我一生中從未如此痛苦過。和重力問題比起來，狹義相對論有如兒戲?！?絕對時(shí)空觀問題1： 對于不同的參考系，空間和時(shí)間的測量結(jié)果是一樣的嗎？如果甲測的小球下落時(shí)間為如果乙測的小球下落時(shí)間為例甲乙站臺兩個(gè)基本問題5絕對時(shí)空觀問題1： 對于不同的參考系，空間和時(shí)間的測量結(jié)果是一樣的嗎？絕對時(shí)空觀：無論在哪個(gè)慣性系中測量，結(jié)果都是一樣的！絕對空間：長度的測量與參考系無關(guān)。絕對時(shí)間：時(shí)間的測量與參考系無關(guān)。兩點(diǎn)之間的距離，無論在那個(gè)慣

4、性系中測量都是一樣的；前后發(fā)生的兩個(gè)事件之間的時(shí)間，無論在那個(gè)慣性系中測量都是一樣的。牛頓力學(xué)的回答：6絕對時(shí)空觀問題1： 對于不同的參考系，空間和時(shí)間的測量結(jié)果是一樣的嗎？絕對時(shí)空觀表明：時(shí)間和空間是彼此獨(dú)立，互不相關(guān)。并且獨(dú)立于物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)之外的，不受物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)的影響?！敖^對空間，就其本性而言，與外界任何事物無關(guān)，而永遠(yuǎn)是相同的和不動(dòng)的。” （牛頓）“絕對的、真正的和數(shù)學(xué)上的時(shí)間自己流逝著，并由于它的本性而均勻地與任何外界對象無關(guān)地流逝著?！?（牛頓）7伽利略相對性原理問題2： 對于不同的參考系，基本力學(xué)定律的形式是完全一樣的嗎？兩個(gè)基本問題例甲乙站臺甲研究小球運(yùn)動(dòng)運(yùn)用牛頓第二定律為乙研究小

5、球運(yùn)動(dòng)運(yùn)用牛頓第二定律其形式是否仍然是8伽利略相對性原理問題2： 對于不同的參考系，基本力學(xué)定律的形式是完全一樣的嗎？對于任何慣性系，牛頓定律都成立，即其形式都是一樣的！伽利略相對性原理（牛頓相對性原理、力學(xué)相對性原理）伽利略在宣揚(yáng)哥白尼日心說時(shí)，為了解釋地球表觀上的靜止，用大船作比喻： 無法判斷大船是否在運(yùn)動(dòng)。伽利略相對性原理：在一個(gè)慣性系內(nèi)部的任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)無法判定這一個(gè)慣性系本身在靜止?fàn)顟B(tài)，還是在作勻速直線運(yùn)動(dòng)。一切彼此作勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性系，對于描寫機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律來說是完全等價(jià)的。判斷某一慣性系的絕對靜止是沒有意義的。牛頓力學(xué)的回答：9絕對時(shí)空觀、伽利略相對性原理絕對時(shí)空觀和力學(xué)相對性原理有著緊密聯(lián)系，根據(jù)絕對時(shí)空觀來推導(dǎo)力學(xué)相對性原理的數(shù)學(xué)表示。力學(xué)定律具有伽利略變換不變性。伽利略變換是力學(xué)相對性原理的數(shù)學(xué)表示。絕對時(shí)空觀 = 相對性原理對于任何慣性系，牛頓定律都成立