大学物理简程 张三慧主编6相对论运动学课件.ppt

陈信义 编 2005.1 ; 在上世纪初，发生了三次概念上的革命，它们深刻地改变了人们对物理世界的了解，这就是狭义相对论（1905）、广义相对论（1916）和量子力学（1925）。;1879 –1955;§1 光速不变和爱因斯坦相对性原理;§8 四维动量 质量;陈信义 编 2005.1 ;§1 光速不变和爱因斯坦相对性原理;电磁学理论给出真空中电磁波的传播速度为;1、Michelson-Morlay 实验（1881–1887）;地球公转;干涉仪转90°引起时间差的变化为;2、双星观测结果否定发射理论;同步加速器产生速度为0.99975 c 的 ?0;3、恒星的光行差（J.Bradley，1727）; “还在学生时代，我就在想这个问题了。我知道迈克耳逊实验的奇怪结果。我很快得出结论：如果我们承认麦克尔逊的零结果是事实，那么地球相对以太运动的想法就是错误的。这是引导我走向狭义相对论的最早的想法。” ;设S 系相对S系作匀速直线运动; 因光速与参考系的运动无关，则无论在S 系还是在S系中观察，闪光的波前都是球面，球心分别是 和 ，而半径分别等于 和 。;则有;S 系：电力加磁力;修改电磁学定律，还是修改伽利略变换？;爱因斯坦《论动体的电动力学》1905;§2 洛仑兹变换; 事件：任意一个具有确定的发生时间和确定的发生地点的物理现象。; 时空变换：同一事件在两个惯性系中的时空坐标和之间的变换关系。; 按照狭义相对论时空观，时空的变换关系应用洛仑兹变换代替伽利略变换，而伽利略变换是洛仑兹变换在低速情况下的近似。 ;当uc，伽利略变换;因此，有;于是，得;由式 ，解出;设;或写成;伽利略变换 （绝对时空）; 1892年G.F.Fitzgerald 和 H.A.Lorentz 独立提出运动长度收缩的概念。;迂防深菠丹揉汉乱既帧始蚂油崩箱莹蹬拓殿剐乃伤零簧物担具邑磁卤襄股大学物理简程 张三慧主编6相对论运动学课件大学物理简程 张三慧主编6相对论运动学课件;§3 同时性的相对性和时间延缓;S;2、通过特例说明; 对不同参考系，沿相对速度方向配置的同样的两个事件之间的时间间隔是不同的。时间的量度是相对的。;二、时间延缓效应; 在一个惯性系中观测，另一个做匀速直线运动的惯性系中同地发生的两个事件的??间间隔变大。这称为时间延缓效应。; 在求解涉及同地发生的事件的问题时，为了计算方便一般应：先确定哪个是原时(同地时)，然后再找出对应的测时。 ;三、时间延缓效应的实验验证;【例】孪生子佯谬和孪生子效应; 问题的关键是，时间延缓效应是狭义相对论的结果，它要求飞船和地球同为惯性系。要想保持飞船和地球同为惯性系，哥哥和弟弟就只能永别，不可能面对面地比较谁年轻。这就是通常所说的孪生子佯谬（twin paradox）。;§4 长度收缩 (length contraction); 测量运动杆的A端和B端这两个事件同时发生，它们的空间位置间的距离，就是S系中的杆长。;【思考】与运动方向垂直的长度收缩吗？;真空中的光速，是实际物体速度的上限。; 有因果（有信息联系,vS≤c）的两个事件，发生的先后次序(因果性）是绝对的，在任何惯性系中都不应颠倒。; 在S系观察，先后次序不颠倒。;洛仑兹变换矩阵;转置矩阵;四矢量的微分也是四矢量，例如;三、洛仑兹变换不变量;证明：;四、 “间隔”是不变量;原时 Dt 为不变量;§7 相对论速度变换;相对论速度变换：;1、当v = c时，得v = c;设;【例】求S系中光的???率和传播方向;S 系中光速：;c