狹義相對論的基本原理洛倫茲變換式

第二十五講相對論基本原理，洛侖茲變換丁成祥安徽工業(yè)大學2012年-2013年第一學期相對論基本原理，洛侖茲變換

愛因斯坦的哲學觀念：自然界應當是和諧而簡單的.

理論特色：出于簡單而歸于深奧.AlbertEinstein(1879－1955)20世紀最偉大的物理學家,于1905年和1915年先后創(chuàng)立了狹義相對論和廣義相對論,他于1905年提出了光量子假設,為此他于1921年獲得諾貝爾物理學獎,他還在量子理論方面作出很多重要的貢獻.相對論基本原理，洛侖茲變換一狹義相對論的基本原理

（1）愛因斯坦相對性原理：物理定律在所有的慣性系中都具有相同的表達形式.

（2）光速不變原理：真空中的光速是常量，它與光源或觀察者的運動無關(guān)，即不依賴于慣性系的選擇.

關(guān)鍵概念：相對性和不變性.

相對性原理是自然界的普遍規(guī)律.

所有的慣性參考系都是等價的.

伽利略變換與狹義相對論的基本原理不符.相對論基本原理

（1）愛因斯坦相對性原理：物理定律在所有的慣性系中都具有相同的表達形式.

早在伽利略時代科學家就知道：力學定律在所有慣性系中有等價的形式。

比如在勻速行駛的封閉車艙里中，你會感覺其中的一切運動現(xiàn)象和地面上的一樣。你向前跳不會更遠，向后跳不會更近…..沒有任何一個力學實驗能夠區(qū)分，是你在運動，還是地面在運動。愛因斯坦相對性原理比如：動量守恒在靜止系中看在運動系中看：動量守恒動量依然守恒愛因斯坦相對性原理伽利略變換:伽利略變換表達了一種絕對時空觀，特別是絕對時間的觀念。即在所有參照系中，時間都是一樣的。時間對任何人、任何事物都絕對公平但在愛因斯坦的相對性原理中，并不要求一個絕對時間，按照相對論，同一事件在不同參照系中的時間可以不一樣。這是因為光速不變性引起的。愛因斯坦相對性原理說明同時具有相對性，時間的量度是相對的.

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動的另一慣性系中觀察，并不一定是同時發(fā)生的.同時是相對的

（2）光速不變原理：真空中的光速是常量，它與光源或觀察者的運動無關(guān)，即不依賴于慣性系的選擇.例：

光子相對于A的速度是c，相對于B的速度也是c,不是c+u!光速不變性光速不變原理的驗證：（“原理”只能被“驗證”，不能被“證明”）例證：麥克爾遜-莫雷實驗光是電磁波，在剛剛認識到電磁波的存在時，人們認為電磁波和機械波類似，其傳播的介質(zhì)是“以太”（ether）；以太如果存在：則他必須無比堅硬，因為越是堅硬的物質(zhì)，傳播機械波的速度越大，又必須無比柔軟，因為我們生活在以太中，不能明顯感受到它的存在；矛盾！光速不變性地球公轉(zhuǎn)

實驗裝置的兩個“臂”相等，假設地球相對以太運動，則沿著兩個“臂”方向的光速是不一樣的，即有光程差，再把儀器轉(zhuǎn)過90度角，應該會有光程差變化，進而看到條紋變化；但實際并沒有看到！以太風Michelson-Morley實驗Michelson-Morley實驗

愛因斯坦相對性原理和光速不變性導致了不同于伽利略變換的坐標變換和速度變換公式，即：二洛倫茲變換式*

設：時，重合;事件P的時空坐標如圖所示.洛侖茲變換正變換逆變換

光速在任何慣性系中均為同一常量，利用它將時間測量與距離測量聯(lián)系起來.*洛侖茲變換（1）與成線性關(guān)系，但比例系數(shù).（2）時間和空間不獨立，和變換相互交叉.（3）時，洛倫茲變換伽利略變換。

洛倫茲變換特點

意義：基本的物理定律應該在洛倫茲變換下保持不變.這種不變顯示出物理定律對慣性系的對稱性——相對論對稱性

.洛侖茲變換正變換例1：地面上有兩名短跑選手，甲的速度為10m/s，乙的速度為9m/s，進行百米賽跑；天空有一宇宙飛船，速度為0.8c，那么：（1）當甲到達終點時，從地面看，甲跑了多少米？用了多少時間？乙跑了多少米？用了多少時間？（2）如果從宇宙飛船看，甲乙各自跑了多少米，用了多少時間？洛侖茲變換解：設地面為S系，飛船為S’系，則S’系的速度為u=0.8c,則：從地