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尚辅网 / 十九世纪末，经典物理学： 机械运动 热运动 光运动 电磁运动 统一的电磁场理论 近代物理引言 ——牛顿力学 热力学 统计物理 —— 几何光学 波动光学 —— ——电磁学 “在已经建成的科学大厦中，后辈物理学家只需做一些零星的修补工作就行了……” 开尔文： 狭义相对论 开尔文：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵小小的乌云……使得原来理论的优美性和明晰性被遮蔽得黯然失色了……” 迈克尔逊—莫雷实验的否定结果; 对黑体辐射规律的解释上遇到的困难； 近代物理学 “尽善尽美” “顶峰” “物理世界的重要规律都已经发现了,今后的工作只是在实验数据的小数点后多添几位有效数字而已” （紫外灾难） 相对论 量子力学 不是取代经典物理，而是发展! ——人类对自然界认识的大飞跃。 高速粒子的运动 微观粒子的运动 相对论 狭义相对论 广义相对论 （1905年，26岁） ——现代时空观的创始人 爱因斯坦 狭义相对论： ——研究高速粒子惯性系中运动的力学规律。 （1916年，37岁） 广义相对论： ——研究非惯性系，引力场中的问题。 揭示空间、时间、物质、运动的统一性…… 爱因斯坦( Einstein) “我想到的是牛顿给我们的物体运动和引力的理论，以及法拉第和麦克斯韦借以把物理学放到新基础上的电磁场概念。相对论实在可以说是对麦克斯韦和洛仑兹的伟大构思画了最后一笔。” 对量子理论的发展作出巨大贡献、 对气体动理论的研究作出巨大贡献、 开创了现代宇宙学、 努力探索统一场论…… ——科学作风和创新精神的结晶。 “人只有献身社会，才能找出那实际上暂短而有风险的生命的意义。” 爱因斯坦 时间间隔、空间间隔与参考系无关； “绝对的、真正的和数学的时间，自己流失着，并且由于它的本性而均匀地，与任一外界对象无关地流失着。” “绝对的空间，就其本性而言，与外界任何事物无关，而永远是相同的和不动的。” 一.牛顿力学的基本观点 1.绝对时空观： 牛顿的描述： 第六章 狭义相对论 基础 p(x,y,z,t) . Y o Z X t 时刻,P点(x,y,z)处 S系中看: 系中看: 发生在 点处。 时刻， 该事件在 正变换 发生一事件； 坐标原点重合开始计时 S’系相对于S系沿X轴方向以速度u运动。 逆变换 ——伽利略变换 2.力学相对性原理： 力学规律在一切惯性系中都相同。 对于力学规律,所有的惯性系都是等价的。 或： （伽利略相对性原理） 伽利略的实验及其描述…… 二.狭义相对论提出的历史背景 1.“以太”假说： 力学背景； 电磁学背景； 2.迈克尔逊—莫雷实验： 无干涉条纹变化。 M1 M2 M2 G2 G1 L V C d E s 1光 2光 光对以太的速度——C 对1光： 1、2光互换： 对2光： 三.狭义相对论的基本假设 1.相对性原理： 所有物理学规律在一切惯性系中都是一样的， 对于一切物理学规律,所有的惯性系都是等价的。 2.光速不变原理： 在任何惯性系中，光在真空中的传播速率均为C。 迈克尔逊—莫雷 获1907年诺贝尔物理奖. 或： 麦克斯韦方程组： 不存在任何特殊的参照系。 伽利略变换正确,而电磁规律不符合相对性原理; 电磁规律符合相对性原理,伽利略变换应该修正; 2.时间延缓： 系中 处发生一事件 S系中看 经历的时间： 经历的时间设为?t 2 2 1 c u t - ￠ D = 2 2 1 1 2 c u c d t - = D 解出： 结论： 时间间隔是相对的，在动系中测出的时间间隔比静系中测出的长。 运动的时钟变慢。 事件发生在静系中的同一地点！ 或： 固有时最短。 或： 注意： 例：飞船以 u=104m/s 的速度沿地面水平飞行，船上一事件经历10s 解： 1 2 2 c u t t - ￠ D = D ( = . ) 000000004 10 s ) ( 667 . 16 s t = D , 8 . 0 c u = 若 求：地上看经历多少时间？ 3.长度收缩： 系中沿 方向放置棒 系中测长： S系中测长： u l t = D u l t ￠ = ￠ D ——S系中 处二事件时间间隔 二事件的时间间隔 —— 系中 ——固有时间 在 系看来： 相继通过 和 （同时读取的!） 长度(空间间隔)是相对的,在动系中测出的长度比静系中测出的短。 运动的尺子变短。 根据时间延缓： 只沿运动方向有收缩 1 动系中同时测！ 2 或： 固有长