大學物理相對論課件1.ppt

1、第四章 狹義相對論基礎,4-0 伽利略變換和經典力學的時空觀,一、伽利略變換,變換：同一事件的時空坐標在不同參照系之間的關系,伽利略變換：牛頓時空觀下同一事件的時空坐標 在不同參照系之間的關系,一、伽利略變換,1.伽利略 坐標 變換式,注意：在這里t = t是一個隱含的假定！,2.伽利略速度變換式,4.經典力學中的不變量,此式表明：牛頓定律對于伽利略變換是不變的,3.加速度變換式,2). 質量,1). 加速度,3).,力學規(guī)律對所有的慣性系都是等價的。,二、力學的相對性原理,在一個慣性系內部所作的任何力學實驗都不能夠確定這一慣性系本身是在靜止狀態(tài)，還是在做勻速直向運動。,三、經典力學的時空觀（

2、絕對時空觀）,1.空間的絕對性（長度測量與參照系無關）,2.時間的絕對性（時間測量與參照系無關）,長度（時間）,兩次測量事件,結論：長度是一個不變量，與參照系的選擇和觀察者 的運動無關。,1.空間的絕對性（長度測量與參照系無關）,2.時間的絕對性（時間測量與參照系無關）,由伽利略坐標變換,所以：,這表明,在經典力學中認為時間的測量和運動 無關,是一個不變量。,3.牛頓時空觀（絕對時空觀）,經典力學認為空間和時間是相互獨立的、 互不相關的，并且獨立于運動之外。,用牛頓的話來說：“絕對的真實的數學時間 ，就其本質而言，是永遠均勻地流逝著，與任何 外界事物無關?！?“絕對空間就其本質而言是與任何外界

3、事物 無關的，它從不運動，并且永遠不變。”,經典力學認為質量是和運動無關的常量。 所以：在經典力學中，長度、時間及質量都 和運動無關，是一個不變量。,一、狹義相對論實驗基礎,4-1 狹義相對論基本原理 洛侖茲變換,經典電磁理論： 1、光是在一種稱為以太的介質中傳播的 2、把以太選作為絕對靜止的參照系。 相對于以太的運動稱作為絕對運動。 根據力學相對性原理，任何慣性系都是等價的， 無法借助于力學實驗的手段來確定慣性系自身的運動 狀態(tài)。是否可以借助于光學實驗的手段來發(fā)現相對于 以太的運動呢？,1、絕對靜止參照系 以太,發(fā)現絕對運動的實驗設想,光在以太中的速度是 c ,根據伽利略速度變換,光向A傳播

4、速度為 c - u,光向B傳播速度為 c + u,所以：B先接受 到光信號,利用兩光到達A、B的時間差可以測出 車廂相對于以太的運動速度。,u 地球相對以太的速度（公轉速度）,邁克耳遜莫雷利用干涉儀，企圖測出地球相對 于以太的運動速度。,2、邁克耳遜莫雷實驗,將干涉儀轉90后:由于光程差發(fā)生變化， 應該能觀察到干涉條紋的移動。,但是，在實驗中并沒有觀察到干涉條紋 的移動。以后又在不同季節(jié)、不同緯度、不 同時間進行實驗，都沒有觀察到干涉條紋的 移動。,邁克耳遜莫雷實驗否定的結果說明： 1.絕對參照系是不存在的； 2.借助于光學實驗的手段也無法確定慣 性參照系自身的運動狀態(tài)。,二、狹義相對論基本原

5、理（假設）,1. 相對性原理：物理定律在所有慣性系中都是相同的。,物理定律與慣性系的選擇無關，所有慣性系都是等價的。,6-3 狹義相對論基本原理 洛侖茲變換,中的光速具有相同的量值c,2. 光速不變原理：在所有慣性系中，自由空間（真空）,不管光源與觀察者之間的相對運動如何，在任一 慣性系中所測得的真空中的光速都是相等的。,三、洛侖茲變換,在 t=0 時刻兩參照系的坐標原點重合，,此時在坐標原點發(fā)出一光信號（一次閃光）,t , t 時刻,t = t = 0 時刻,球面方程分別為：,這一變換是線性的， 保證兩參照系的相對 速度為一常量。,在 S 中看 O 點：,在 S 中看 O 點：,代入方程：,(1)、 (2) 兩式比較系數可得：,可得洛侖茲坐標 變換式,洛侖茲坐標變換式：,正變換,逆變換,討論：,即相對論包括了經典力學的內容，經典,力學是相對論力學當物體速度遠小于光速時 的一種極限情況。,它們不再是相互獨立的。,2. 在洛倫茲變換中時間和空間密切相關，,3. 光速是自然界物體的速度極限,4-2 相對論速度變換,洛侖茲 變換,4-2 相對論速度變換,由洛侖茲變換知,洛侖茲速度變換式,逆變換,正變換,討論：,當 v c 時,伽利略速度變換是洛侖茲速度變換在低速時 的極限情況。,例,求：飛機上燈光對地球的速度。,問：從地面上看，物體速度多大？,解：,例：設想