8大学物理_ch17狭义相对论基础1讲述.ppt

* 凡是牛顿定律适用的参照系称为惯性系。对于第5页的问题，牛顿力学的回答是：对于任何惯性参照系，牛顿定律都成立。这个结论叫力学相对性原理，也叫伽里略不变性。这个思想首先是伽里略表述的。在做匀速直线运动的大船内观察任何力学现象，都不能据此判断船本身的运动。只有打开船窗，看到岸上物体的位置相对船在变化时，才能判定船相对地面在运动，即使这样，也只能作出相对运动的结论，并不能肯定是地面在运动还是船在运动，谈论某一惯性系的绝对运动是没有意义的，只能确定两个惯性系的相对速度。 关于空间和时间，牛顿有绝对空间和绝对时间的概念，即长度的量度与参照系无关，时间的量度和参照系无关。 力学相对性原利和绝对时空概念有直接联系，伽里略坐标变换是绝对时空概念的直接反映。 * 此变换式直接利用了绝对时空观，认为质点到达P时，两个参照系中P点附近的种给出的时刻数值一定相等。至于x和x’的值，在S系中， x的值等于ut加上P点到达y’z’平面的距离，这后一距离由S’系量得为x’ ，由S系测量，根据绝对时空观，这后一距离应该一样，即也等于x’。 * 由速度变换式对时间求导数可以得出加速度变换。 * 在牛顿力学中，质点的质量和运动速度无关，，因而不受参照系的影响，又力也和参照系无关。因此，在所有惯性系中牛顿定律的形式都一样。 * 经典时空观认为：物质与运动是没有关系的，同一长度，同一段时间，无论在哪一个惯性系中测量都是绝对相同的，与参照系的运动无关。这种绝对的观点是人们从低速范围内总结出来的结论，在日常生活中，由于实验范围的限制，大量接触到的是低速运动的物体，所以人们就接受和采用这种观点，并认为是理所当然的。 * 根据狭义相对性原理可以得到洛仑兹变换 * Yz方向的变换为什么不变，可以由火车穿洞的假想实验推出。设在山洞外停有一列火车，车厢高度与洞顶高度相等。现在使车匀速地向山洞开去。这时它的高度是否和洞顶高度相等呢？假设高度由于运动而变小了，这样，在地面上观察，车能顺利通过，如果在车厢上观察，则山洞是运动的，由于相对性原理，洞顶高度应减小，这样车厢势必在山洞外被阻，这就发生了矛盾，这说明上述假设是错误的 * 从洛伦兹变换关系中，可以看出，时间变换中包含了坐标和速度两个因子，这说明时间、空间与物质运动之间有着不可分割的联系。洛伦兹变换的核心是它以数学形式反映了狭义相对论的时空观。 当u远远小于光速时，洛伦兹变换就成了伽利略变换，伽利略变换是洛伦兹变换在低速下的近似。 如果u大于或等于光速，则各量没有物理意义，因而两参照系的相对速度不可能等于或大于光速。由于参照系总是借助于一定的物体而确定的，所以，根据狭义相对论的基本假设，任何物体相对另一物体的速度不能等于或超过真空中的光速。光速是一切实际物体运动速度的极限。 §4-4 狭义相对论的时空观 1.同时的相对性 两个事件在惯性系S中观察是同时发生的，而在另一个惯性系S 观察时可能不是同时的。 这就是狭义相对论的同时相对性。 同时的相对性 同时的相对性 Never！ 这种情况下，同时性是绝对的。 问： 两个在同一地点并同时发生的事件， 相对另一个参考系可能会不同时吗? 长度测量的基本要求? 相同时刻测量！ 2. 长度缩短 长度缩短 洛仑兹变换： 在 系，棒长为两坐标的差(棒静止在其中): 在 S 系中的观测者同时刻测量两端: 长度缩短 结论： 从相对某物体运动的参考系中所测得的沿速度方向的物体长度，总比相对该物体静止的参考系中测得的长度(称为固有长度,或称静长)为短。 相对论“尺缩效应”是物体变真的缩短 ? 长度缩短 若S 以速度u 相对于S 运动，时间变换关系为： 设在S‘系中某一固定坐标处，一个事件发生的开始与终结时间间隔为： 而在S系对应的间隔为： 3.时间膨胀 时间的膨胀 说明： （1）同一地点测得的时间间隔称为固有时间, 简称原时。固有时间最短，运动使时钟变慢。 (相对静止的参照系中测得 原时 ) （2） 运动时钟变慢在粒子物理学中有大量的、 真实的实验证明。 时间的膨胀 解释：爱因斯坦的“光钟”实验 狭义相对论的时空观 小结 同时的相对性 长度收缩 时间膨胀 4.两种时空观对照 经典时空观： 相对论时空观： 空间是绝对的，时间是绝对的， 空间、时间和物质运动三者没有联系。 a. 时空之间有着密切联系，时空与物质的运动 也不可分割。 b. 不同惯性系各有自己的时间坐标，并相互 发现对方的钟走慢了。 两种时空观对照 c. 不同惯性系各有自己的空间坐标，并相互发现 对方的“尺”缩短了。 两种时空观对照 d. 光在任何