2、狹義相對論的基本原理.pptx

1、第2節(jié) 狹義相對論的基本原理,第6章 經(jīng)典力學與現(xiàn)代物理,市區(qū)：西安市未央?yún)^(qū),單位：陜西省西安中學,手機教師： 余 歡,如果你不問我什么是時間，我對它還能意會；你一問起我，我就不知道怎樣言傳了。 奧古斯汀,時間是什么？ 空間又是什么？,時間和空間是絕對的嗎？ 它們與物體的運動狀態(tài)有關(guān)嗎?,?,亞里士多德,1,一、不同的時空觀,李白,運動是有前和后的，而前和后作為可數(shù)的事物就是時間。時間或者同于運動，或者是運動的一種規(guī)定。,2,牛頓,絕對的空間，就其本性而言，是與外界任何事物無關(guān)而永遠相同和不動的。 絕對的真正的和數(shù)學的時間自身在流逝著，而且由于其本性而均勻地與任何其他

2、外界事物無關(guān)地流逝著。,3,夫天地者，萬物之逆旅；光陰者，百代之過客。,一、不同的時空觀,愛因斯坦,你同你親密的人坐在火爐邊，一個鐘頭過去了，你覺得好像只過了5分鐘； 反過來，你一個孤孤單單地坐在熱氣逼人的火爐邊，只過了5分鐘，但你卻像坐了一個小時。,4,橋在左邊還是右邊？那要看是誰在說話。,1、內(nèi)容 絕對的真實的數(shù)學時間,就其本質(zhì)而言，是永遠均勻地流逝，與任何外界無關(guān)。 絕對空間就其本質(zhì)而言是與任何外界事物無關(guān)的，它從不運動，并且永遠不變。,二、經(jīng)典力學的時空觀,2、幾個具體結(jié)論 同時的絕對性 時間間隔的絕對性 空間距離的絕對性,慣性系：牛頓運動定律成立的參考系；相對于一個慣性參考系做勻速直

3、線運動的另一個參考系 也是慣性系,三、伽利略的相對性原理,力學規(guī)律在任何慣性系中都是相同的 還可表述為：在一個慣性參考系內(nèi)進行的任何力學實驗 都不能判斷這個慣性系是否相對于另一個慣性系做勻速直線運動；或者說，任何慣性系都是平權(quán)的。,不論是X參考系，還是X參考系，小球的運動形式均為勻速直線運動。 其運動學規(guī)律均滿足： s=vt,X/m,X/m,t=1s,m相對于X系以3m/s的速度勻速右移 X系相對于X系以1m/s速度勻速右移,三、伽利略的相對性原理,伽利略的相對性原理是作為基本假設(shè)提出來的，它之所以為人們接受承認： 一方面是牛頓力學在解決力學問題獲得的巨大成功； 另一方面觀察結(jié)果與人們的經(jīng)驗相

4、符。,三、伽利略的相對性原理,19世紀末物理學取得了巨大的成就,牛頓力學 熱力學 統(tǒng)計物理學 電磁場理論形成了完整的科學體系 并被贊譽為： “一座莊嚴雄偉的建筑體系和動人心弦的美麗廟堂”,1,量子力學開創(chuàng)者普朗克遇到的勸說,德國物理學家普朗克立志要獻身理論物理學時，他的老師也勸他說：“年輕人，物理學是一門已經(jīng)完成的了的科學，不會再有多大的發(fā)展了，將一生獻給這門學科，太可惜了?！碑敃r的物理學已發(fā)展到了巔峰狀態(tài)。,2,1900年，開爾文勛爵的講話,科學的大廈已經(jīng)基本完成，未來的物理學家只要做一些修修補補的工作就可以了。同時他也承認：“明朗的天空中還有兩朵小小的、令人不安的烏云”,3,意義非凡的兩朵

5、烏云,第一朵烏云與黑體輻射有關(guān)，促使了量子理論的誕生； 第二多烏云與光速問題有關(guān)，促使了相對論的誕生。,4,四、相對論產(chǎn)生的背景兩朵烏云之一：光速不變,十九世紀中葉，人們在研究與物體運動有關(guān)的電磁現(xiàn)象時，發(fā)現(xiàn)電磁現(xiàn)象的規(guī)律不符合伽利略的相對性原理。 其中最典型的就是光速的問題： C=3.0108m/s 任何參照系中測得的光在真空中的速率都是這一數(shù)值。,這一結(jié)論還特別為后來的很多精確的實驗所證實，最著名的是1887年邁克爾孫和莫雷所做的實驗。 它們都明確無誤地證明光速的測量結(jié)果與光源和測量者的相對運動無關(guān)，亦即與參考系無關(guān)。 可見光和電磁波的運動不服從經(jīng)典力學的相對性原理。,四、相對論產(chǎn)生的背景

6、經(jīng)典力學遭遇的挑戰(zhàn),面對挑戰(zhàn) 你如何抉擇？,上述的矛盾使物理學家面臨兩個選擇，一是修補：修正現(xiàn)有的理論，去迎合實驗結(jié)果(這相對比較容易，但常常無效) ； 二是創(chuàng)新：徹底擺脫“麥克斯韋電磁理論只適用于某一特殊的慣性系”，創(chuàng)立全新的理論。 愛因斯坦等人選擇了后者，并提出了兩假設(shè)：,四、相對論產(chǎn)生的背景偉大的抉擇,阿爾伯特愛因斯坦(1879.3.14-1955.4.18),1、狹義相對性原理 一切物理規(guī)律在任何慣性系中都是相同的。 2、光速不變原理 真空中的光速在任何慣性參考系中都是相同的，光速與光源、觀察者間的 相對運動沒有關(guān)系,一切物理規(guī)律不僅包括力學規(guī)律，還包括電磁學規(guī)律等其他所有的物理學規(guī)律； 強調(diào)真空中的光速不變指大小既不依賴于光源或觀察者的運動，也不依賴于光的傳播方向 ； 幾十年來科學家采用各種先進的物理技術(shù)測量光速，結(jié)果都不違背光速不變原理。,五、狹義相對論的兩個基本假設(shè),基于兩個基本假設(shè) 你會想些什么問題？,狹義相對論對于時間和空間的思考,思考: 車廂上的人和地面上的人看到車廂中間燈光到達前后車廂壁的時間一樣嗎?,狹義相對論對于時間和空間的思考,思考: 車廂上的人和地面上的人看到車廂的長度一樣嗎?,v,1