狹義相對(duì)論的基本原理 洛倫茲變換式.ppt

1、1,作業(yè)：指P142:三.1,三.2,三.4,三.5,三.6, 三.7 預(yù)習(xí)：馬書：P300-315 改錯(cuò)：（1）指導(dǎo)書：P142（三）4最后一句：將“產(chǎn)生地點(diǎn)離地面的高度”改成：“飛行的距離”。 （2）指導(dǎo)書：P182（二）4 20改為4；P183（二）5 5/3改為3； P183（二）8 0.786c改為0.866c,2,相 對(duì) 論,第 十 四 章,3,1905年，26歲的愛因斯坦發(fā)表了5篇著名論文：,2.分子大小的新測定：推導(dǎo)出計(jì)算擴(kuò)散速度的數(shù)學(xué)公式。,3.關(guān)于熱的分子運(yùn)動(dòng)論所要求的靜止液體中懸浮小粒子的運(yùn)動(dòng)：提供了原子確實(shí)存在的證明。,4.論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)：提出時(shí)空關(guān)系新理論，被稱為“

2、狹義相對(duì)論” 。,5.物體的慣性是否決定其內(nèi)能：建立在狹義相對(duì)論基礎(chǔ)上，該文表明質(zhì)量和能量可互換，并推出被稱為改變世界的方程式：E=mc2 。,1.關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)試探性觀點(diǎn)：提出光量子概念，并成功的解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象。,4,相對(duì)論由愛因斯坦（Albert Einstein）創(chuàng)立，,狹義相對(duì)論（Special Relativity）（1905）,揭示了時(shí)間、空間與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。,揭示了時(shí)間、空間與引力的關(guān)系。,本章重點(diǎn)介紹狹義相對(duì)論的時(shí)空觀。,它包括了兩大部分：,5,愛因斯坦（Albert Einstein） （18791955） 美籍 德國人 獲1921年諾 貝爾物理獎(jiǎng),6,愛因斯坦,

3、20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家, 1905年、1915年先后創(chuàng)立狹義和廣義相對(duì)論, 1905年提出了光量子假設(shè), 并因此于1922年獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),他還在量子理論方面有重要貢獻(xiàn) .,（1879-1955）,7,電磁波（包括光）在真空中各方向速率都為 c 。,企圖找到“絕對(duì)靜止”參考系的思想實(shí)驗(yàn)：,當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為這只對(duì)“絕對(duì)靜止”參考系(以太)才成立。按照伽利略變換的速度變換公式, 有如下,設(shè) u c ，,19世紀(jì)下半葉，由麥克斯韋電磁場方程組得知：,不同時(shí)！,8,1887年，體現(xiàn)上面思想實(shí)驗(yàn)的邁克耳孫莫雷（Michelson-Morlay）實(shí)驗(yàn)卻得到了“零”結(jié)果！,用各種企圖保持絕對(duì)參考

4、系的假說來解釋該實(shí)驗(yàn)結(jié)果，均遭到失敗。,地球就是“絕對(duì)靜止”的參考系？,典型的假說有：,發(fā)射說和以太拖曳說。,發(fā)射說和以太拖曳說。,9,發(fā)射說：光速要疊加上光源的速度。,射說，,雙星觀測否定了發(fā),即實(shí)際上觀測,不到雙星位置的扭曲。,應(yīng)觀察到雙星位置的扭曲,“以太”（ ether）拖曳說：,光在以太（絕對(duì)靜止的參照系）中各向速度都是c，而以太又被地球拖著走。,10,實(shí)際觀測正上方的星體，望遠(yuǎn),按以太拖曳說，光到地球附近要附加速度u，望遠(yuǎn)鏡就不該傾斜了。,鏡必須向地球公轉(zhuǎn)方向傾斜一個(gè),小角度 ，這叫“光行差”現(xiàn)象。,11,1922年愛因斯坦訪日在即席演講中有一段話：,“還在學(xué)生時(shí)代，我就在想這個(gè)問

5、題了。,當(dāng)時(shí)，,我知道邁克耳孫實(shí)驗(yàn)的奇怪結(jié)果。,結(jié)論：,如果我們承認(rèn)邁克耳孫的零結(jié)果是事實(shí)，,那么地球相對(duì)以太運(yùn)動(dòng)的想法就是錯(cuò)誤的。,是引導(dǎo)我走向狹義相對(duì)論的最早的想法?！?我很快得出,這,即絕對(duì)靜止的參考系以太是不存在的！,12,愛因斯坦認(rèn)為：,在任何慣性系中光速都是各向?yàn)閏，,物質(zhì)世界的規(guī)律應(yīng)該是和諧,統(tǒng)一的，,麥克斯韋方程組應(yīng)對(duì)所有慣性系成立。,這樣就自然,地解釋了邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果。,實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)! 1978年5月11日光明日?qǐng)?bào)特約評(píng)論員文章的標(biāo)題,這個(gè)零結(jié)果否定了經(jīng)典力學(xué)的伽利略變換。,13,只有忠實(shí)于事實(shí)，才能忠實(shí)于真理。 周恩來,只有人們的社會(huì)實(shí)踐，才是人們對(duì)于

6、外界認(rèn)識(shí)的真理性的標(biāo)準(zhǔn)。真理的標(biāo)準(zhǔn)只能是社會(huì)的實(shí)踐。, 毛澤東,14,1905年愛因斯坦在論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué),1. 物理規(guī)律對(duì)所有慣性系都是一樣的。,2. 任何慣性系中，真空中光的速率都為 c 。,若保持光速不變?cè)恚?這一規(guī)律稱為光速不變?cè)怼?光速不變?cè)砼c伽利略變換是彼此矛盾的，,就必須拋棄伽利略變換，,也就是必須拋棄經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀。,一文中提出如下兩條基本原理：,這后來被稱為愛因斯坦相對(duì)性原理。,15,1 相對(duì)性原理愛因斯坦相對(duì)性原理,物理定律在所有慣性系中都具有相同的表達(dá)形式.,一狹義相對(duì)論的基本原理,相對(duì)性原理是力學(xué)相對(duì)性原理的推廣.,力學(xué)相對(duì)性原理：在任意兩個(gè)相互作勻速直線運(yùn)

7、動(dòng)的慣性系中,牛頓運(yùn)動(dòng)定律具有相同的形式.,16,真空中的光速是常量，沿各個(gè)方向都等于c ，與光源或觀測者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān).,2 光速不變?cè)?換言之，真空中任何慣性系中，光的速率都是 c ，與光源或觀測者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。,若承認(rèn)光速不變?cè)恚?光速不變?cè)砼c伽利略變換是彼此矛盾的，,就必須拋棄伽利略變換，,也就是必須拋棄經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀。,但它反映了客觀事實(shí)。,17,關(guān)鍵概念：相對(duì)性和不變性 .,注意到伽利略變換關(guān)系與狹義相對(duì)論的基本原理（光速不變?cè)恚┎环?,而狹義相對(duì)論的基本原理與實(shí)驗(yàn)事實(shí)相符合.,這兩條基本原理是狹義相對(duì)論的基礎(chǔ).,那么，狹義相對(duì)論的變換關(guān)系又該具有什么樣的形式呢？,18,二 洛倫茲變換式,符合相對(duì)論理論的時(shí)空變換關(guān)系,設(shè) 時(shí)， 重合 ; 事件 P 的時(shí)空坐標(biāo)如圖所示.,19,1 洛倫茲坐標(biāo)變換式,20,正變換,時(shí), 轉(zhuǎn)換為伽利略變換式.,注 意2,一個(gè)新理論的成功，必須滿足三條：能夠包容原有的理論； 被不同的實(shí)驗(yàn)重復(fù)的驗(yàn)證；能預(yù)言一