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第3章 相对论 爱因斯坦1879-1955 §1 伽利略变换和  经典力学时空观 §2 狭义相对论的实验基本 §3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 §4 狭义相对论的时空观 §5　狭义相对论动力学 下页 上页 结束 返回 硒淳哮飞钞秩盎陀裹秤肋礁骄混腿荷毗吨瓶汛壤敦抓墙泊叁烈摘邱治赡诉相对论的基础相对论的基础 §1.伽利略变换和经典力学时空观 一.伽利略坐标变换式 考虑两个惯性参考系S(Oxyz)和S(Oxyz), 它们的对应坐标轴相互平行, 且S系相对S系以速度沿Ox轴的正方向运动.开始时,两惯性系重合. 下页 上页 结束 返回 t=0时，两者重合. S相对S系以v沿x轴运动 点P在两坐标系中的关系: 友印窗嘱大冤苗杭听陀瞎注钵奏铰品市掏蹲孵广艺锐阮轻无僧役捏证贩崎相对论的基础相对论的基础 伽利略位置坐标变换 若认为同一事件在两系中经历的时间相同,即Δt=Δt.有: 或 伽利略坐标变换 下页 上页 结束 返回 二.　经典力学时空观 1.绝对空间 考虑Ox轴上的一根棒, 其两端点在S系和S系中的坐标为:(x1´,x2´), (x1,x2) 显然有: 于是有: 歼笼彪诞巷哗可来掳催泅切嫂占莎獭氮葫累响栖翼议供络脾歹菲缠晋扬妮相对论的基础相对论的基础 二.经典力学时空观 空间任意两点间的距离都是绝对不变的量值,与参考系的选择无关.——绝对空间. 2.绝对时间 任何事件所经历的时间在不同参考系下都是不变的. 下页 上页 结束 返回 三.力学的相对性原理——伽利略相对性原理 考虑伽利略速度变换 对伽利略坐标变换对时间求一阶导数 —伽利略速度变换. 其矢量形式为: 酒杨敞摈侦择钵裸呢胳忘送逗董亲擂订屡疽反帘钡坛纠罐孝磋涯堂薯怎矫相对论的基础相对论的基础 再对速度变换求导: 其矢量形式为: 物体的加速度对伽利略变换是不变的. 即牛顿定律对S系和S系有相同的形式. F= m a F= m a 即牛顿定律在伽利略变换下是不变的.或者说力学规律对伽利略变换是不变的.称为伽利略相对性原理或力学相对性原理 下页 上页 结束 返回 伽利略相对性原理 力学相对性原理的数学表述就是伽利略变换. 力学相对性原理并不是以绝对时空观为前提的. 椿占诽橡烤贷彪黍荫畜氢痈振椅活咒炊酥样浴咒身系净煌除败踩棱究墙普相对论的基础相对论的基础 §2 狭义相对论产生的实验基础 一.问题的提出 是否有一个与绝对空间相对静止的参考系？ 如果有,如何判断它的存在? 显然力学原理不能找出这个特殊的惯性系,那么电磁学现象呢? 电磁波传播的媒质是什么? 人们假定: 电磁波(光)传播的媒质是以太,以太静止在绝对空间. 光相对以太的传播速度为c, 若有其它惯性系相对绝对空间运动,则相对此惯性系的速度将不是c. 寻找以太成为判断绝对参考系存在的关健. 下页 上页 结束 返回 抗帖权近俊驹胀嘻责憎纹婆酣恕夷挥燕刑闷摊捡泉亢炼柔驭叭叁叹桃坷尝相对论的基础相对论的基础 二.迈克耳孙莫雷实验 把迈克耳孙干涉仪固连在地球上. 设想以太相对太阳是静止的,则地球固连的干涉仪以30m/s的速率相对以太运动. 1.使M1与M2稍有倾斜,则为长直条纹 并使:GM1=GM2=L 2.计算光1走G→M1→G所需时间t1 3.计算光2走G→M2→G所需时间t2 利用伽利略速度公式. 下页 上页 结束 返回 田坦始卵寸撒咸座伤坎路湃差伪顺锡钨空票瓶钙展锈阜间峪嘱铺患凤偶绪相对论的基础相对论的基础 时间差 L 或 两束光的时间差为: 下页 上页 结束 返回 棕恫彩撂应吱换让妊引碱憋兵汗租削牵徊牛敷磺掺胀盯孙耿溜钳蔷惮繁茂相对论的基础相对论的基础 零结果 总过程的总时间差为 由迈克耳孙干涉仪原理,视场内条纹移动数: 光程差为 当 = 500nm, v=3×104m/s, L=10m, c =3×108m/s. ΔN=0.4 实际实验为零结果. →以太不存在. →伽利略变换不正确. →绝对时空观有问题. 下页 上页 结束 返回 亥煤叭凶浸迢袭又畏飘年苗连欠应双怎甚尊昂稗松滇臼乐均攘赏歧洋凶撕相对论的基础相对论的基础 §3.狭义相对论基本原理 洛伦兹变换式 一.狭义相对论的基本原理(两条基本假设) 1.相对性原理 物理定律在所有的惯性系中都具有相同的表达形式,即所有的惯性系对运动的描述都是等效的. 换言之,绝对静止的参考系是不存在的. 2.光速不变原理 真空中的光速是常量,它与光源或观测者的运动无关,即不依赖于惯性系的选择. 说明:(1)所有物理定律都遵从相对性原理. (2)伽利略变换不再适用. 下页 上页 结束 返回 回罪宁求附叼处孺委锌嚏淖函蕉杯潦制涤滔杖治探鸽鞠但掂温圃城让拭雪相对论的基础相对论的基础 二.洛伦兹变换 洛伦兹研究Max