第四章相對(duì)論基礎(chǔ)-2.ppt

1、復(fù)習(xí)：,相對(duì)論是關(guān)于時(shí)空的理論 狹義相對(duì)論：局限于慣性參考性的理論 廣義相對(duì)論：推廣到一般參考系和包括引力場(chǎng)在內(nèi)的理論,2. 概念與背景 參考系：物理規(guī)律需要一定的參考系來(lái)描述 慣性系：力學(xué)基本規(guī)律成立的參考系 “以太” 機(jī)械波 聲波，水波需要一定的傳播介質(zhì) 電磁波的傳播介質(zhì)是？,以太說(shuō)： 宇宙中彌漫著一種無(wú)所不在的媒質(zhì)，萬(wàn)物（包括光）相對(duì)于該媒質(zhì)運(yùn)動(dòng)。 問(wèn)題： 若以太存在，依據(jù)經(jīng)典力學(xué)時(shí)空觀，不同參考系下，電磁波沿著各個(gè)方向傳播速度應(yīng)該不同，而實(shí)驗(yàn)事實(shí)是，電磁波沿著各個(gè)方向傳播速度都為光速（C） 疑問(wèn)： 以太是否存在，光速是否恒定？,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證： 邁克爾莫來(lái)實(shí)驗(yàn)（Michelson-Morle

2、y）以及后續(xù)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)1-6 1 R. S. Shankland et al. Rev. Modern Phys. 277, 167 (1955) 2 J. P. Cedarholm et al. Phys. Rev. Lett. 1, 342 (1958) 3 G. R. Issak, Phys. Bull. 255 (1970) 4 T. Alvager, Phys. Lett. 12, 260 (1964) 5 A. J. Greenberg et al. Phys. Rev. Lett. 23, 1267 (1969) 6 J. C. Hafele, R. E. Keating, Sc

3、ience 177, 166 (1972),3. 狹義相對(duì)論的基本原理（假設(shè)） 相對(duì)性原理 一切物理定律在所有的慣性系中具有相同的數(shù)學(xué)形式，即物理定律的協(xié)變性 B. 光速不變性原理： 真空中的光速相對(duì)于任何慣性系沿任何一方向恒為C，并與光源的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān) 注：伽里略變換與光速不變性假設(shè)不相符。,3. 狹義相對(duì)論的時(shí)空理論 同時(shí)的相對(duì)性,不同地點(diǎn)但同時(shí)的兩個(gè)事件在另一系中不同時(shí)。,同地點(diǎn)但不同時(shí)的兩個(gè)事件在另一系中不同時(shí)。,同一地點(diǎn)、同時(shí)的兩個(gè)事件在另一系中也同時(shí)。,B. 時(shí)間膨脹（延緩） 自然界的很多物理過(guò)程可以作為計(jì)時(shí)：比如分子振動(dòng)或原子譜線的周期，粒子衰變壽命等 目前采用的國(guó)際基準(zhǔn)是：銫-13

4、3原子的基態(tài)二超精細(xì)能級(jí)之間的躍遷輻射的周期的9 192 631 770倍的時(shí)間定義為1秒,相對(duì)性效應(yīng) 雙生子效應(yīng) 參考：Science 177, 166 (1972),B. 長(zhǎng)度收縮 目前采用的測(cè)量長(zhǎng)度的國(guó)際基準(zhǔn)：光在真空中于1/299 792 458 秒的時(shí)間間隔內(nèi)通過(guò)的路徑長(zhǎng)度，定義為1米,相對(duì)論效應(yīng) 注： 時(shí)間膨脹和長(zhǎng)度收縮是一種時(shí)空效應(yīng)，只是時(shí)空變換的結(jié)果，與真實(shí)的物理效應(yīng)，比如熱脹冷縮完全不同,4-4 洛侖茲變換,一、坐標(biāo)變換,坐標(biāo)原點(diǎn)重合。,推導(dǎo)過(guò)程：,洛倫茲變換反映了相對(duì)論的時(shí)空觀,S系：,不同地點(diǎn)但同時(shí)的兩個(gè)事件在另一系中不同時(shí)。,同一地點(diǎn)、同時(shí)的兩個(gè)事件在另一系中也同時(shí)。,同地點(diǎn)但不同時(shí)的兩個(gè)事件在另一系中不同時(shí)。,系：,洛倫茲坐標(biāo)變換的推論：,二、速度變換 推導(dǎo),二、速度變換,洛倫茲速度變換滿足光速不變性的假設(shè)。,例4-1 父與子：,例4-2 盡快獲知有無(wú)外星人的“好辦法”：,某外星M離地球2萬(wàn)光年（即光從地球傳播到該外星需2萬(wàn)年時(shí)間），某宇航員以速度u從地球出發(fā)駛向該外星。假設(shè)宇航員估計(jì)自己還能活100年，問(wèn)：該宇航員是否可能在有生之年抵達(dá)外星？若可能，其速度u至少為多大？,例4-3 誰(shuí)先動(dòng)手：,解：,4-5 相對(duì)論的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,一經(jīng)典動(dòng)力學(xué)及其局限性,2相對(duì)論的質(zhì)量與動(dòng)