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狭义相对论 朱栋培 中国科学技术大学 近代物理系 竞赛要求 国内大纲（2005年1月修订2006年实行） 近代物理部分 2，原子核 …. 质能方程 裂变和聚变 4. *狭义相对论 爱因斯坦假设 时间和长度的相对论效应 提纲 1，相对论简史 2，爱因斯坦假设 3，时间效应 同时的相对性 钟慢效应 4，空间效应 尺缩效应 5，洛仑兹变换 6，速度合成 7，相对论动力学 能量 动量 8，应用 1， 相对论简史 19世纪中后期，麦克斯韦电磁理论(1865)建立， 其方程组完整地反映了电磁运动的普遍规律， 并且预言了电磁波的存在，揭示了光的电磁本质。 以太(ether)假说 以太是传递包括光波在内的所有电磁波的弹性介质，它充满整个宇宙。电磁波是以太介质的机械运动状态，带电粒子的振动会引起以太的形变，这种形变以弹性波形式的传播就是电磁波。以太有没有？ 光速问题 从麦克斯韦方程组，可以得到在自由空间传播的电磁波的波动方程，方程中真空光速 c 是以普适常量的形式 出现的。 从伽利略变换的角度看，速度总是相对于具体的参考系的，所以在经典力学的基本方程式中速度是不允许作为普适常量出现的。 光速与光源有关？ 光行差 斐索实验 1851 美国迈克耳孙 - 莫雷实验(1887） 先让光沿地球运动方向传播，观察干涉条纹，然后将干涉仪旋转 90? ，这时可能观察到干涉条纹的移动。 根据“以太假说”，计算出干涉条纹移动的数目为 1887 W. Voigt 佛赫特 由此导出多普勒效应 1889 斐兹杰诺收缩（运动物体穿过以太长度收缩（v/c)2） 1892 洛仑兹收缩 1895 洛仑兹 相关态定理 t-普通时，t’-定域时 1899 洛仑兹 1900 拉莫尔 用洛仑兹变换证明斐兹杰诺-洛仑兹收缩 1900 法国 彭卡莱 提出不可能观察绝对运动，相信“以太”不存在， 物理现象对于相对作匀速运动的各观察者 来说 必然是一样的。1904年称此观点为相对性原理。 相对论的开始。 根据电磁波理论，暗示电磁场能量可能具有质量，其密度数值应为能量密度除以光速平方，并指出电磁振子定向发射电磁波时应受到反冲。 1904 荷兰 洛伦兹 提出洛仑兹变换，试图解释电磁作用与观察者在“以太”中的运动无关 1905.6 法国 彭卡莱 命名洛仑兹变换指出它们成群， 1905.6 爱因斯坦 公理化相对论 1905.9 爱因斯坦 质能关系 2，相对论假设 相对性原理 对物理运动言惯性系等价 （在不同的惯性系物理规律有相同的形式 协变性原理） 光速不变原理 光在真空中的速度与惯性参考系无关 （与光源无关、与观察者无关） 3，时间效应1同时的相对性 3，时间效应2-时间膨胀 3，时间效应2 -动钟变慢 站台参考系 3，时间效应2 -动钟变慢 例 μ子 式中 τ 为相对该惯性系粒子的平均寿命。若能到达地 面的 μ子数为原来的5％，试估算μ子产生处相对于地 面的高度h。不考虑重力和地磁场对μ子运动的影响。 解 因μ子在相对自身静止的惯性系中的平均寿命 根据时间膨胀效应，在地球上观测到的μ子平均寿命为τ， τ= 1.4×10－5s 相对地面，若μ 子到达地面所需时间为 t，则在 t 时刻剩余的μ 子数为 对上式等号两边取e为底的对数得 根据题意，可以把 μ子的运动看作匀速直线运动， 解 在地球上观测到的μ子平均寿命为τ， 若μ 子到达地面所需时间为 t，