华东理工大学大物下期末辅助ppt 第十六章狭义相对论.ppt

*狭义相对论的时空观 1.运动物体的长度缩短——固有长度最长 前提： 动系中同时测量 2.运动的时间延长——固有时间最短 前提： 3.“同时”的相对性 4.无因果率联系的两事件的时序是相对的。 有因果率联系的两事件的时序是绝对的。 同一事件时空坐标变换： 狭义相对论时空观的数学表述——洛仑兹变换 洛仑兹速度变换 对洛仑兹变换取微分 * 第五篇 近 代 物 理 基 础 机械运动——牛顿力学 热运动——热力学和经典统计物理 电磁运动——麦克斯韦电磁场理论 经典物理 “最终的 理论” “物理学科的终结” 1900年，开尔文：“……，但是，在物理学晴朗天空的 远处，还有两朵小小的令人不安的乌云。” 热辐射实验 迈克尔逊- 莫雷实验 相对论 量子理论 近代物理 狭 义 相 对 论 基 础 第十六章 (2) 相对论的意义： 对于日常生活中所遇到的大量实际问题，经典力学是 有效的，是与我们的经验相符的。 然而，涉及到运动速度接近或等于光速的物理过程时， 整个经典力学的基本观念受到了挑战。 时间和空间的绝对性及其分离的观念， 质能分离的观念， 运动确定性描述的观念， ︰ ︰ ︰ 爱因斯坦 1905年：狭义相对论（对惯性参照系而言） 1915年：广义相对论（对非惯性参照系而言） §16.1 经典力学的相对性原理 伽利略变换 一、相对量和绝对量 相对量：随参照系的变化而变化的量 绝对量：不随参照系的变化而变化的量 经典力学中： 相对量：位移、速度、加速度、运动轨迹。 绝对量：质量、空间测量、时间测量。 参照系S：P( x,y,z,t ) 参照系S’: P’( x,y,z,t ) 某时刻在 p 点处发生一事件(如爆炸) : u S y z x o 设惯性系S(O,x,y,z)和相对S以速度 运动的惯性系S’(O’,x’,y’,z’) x y z o S t=t =0时, o与o重合 正变换 逆变换 二、伽利略变换 （在两个惯性系中考察同一物理事件） 速度变换与加速度变换 正 逆 两个都是惯性系 是恒量 在两个惯性系中 三、经典力学的相对性原理 在牛顿力学中 质量与运动无关 力与参照系无关 则S中 S’中 宏观低速物体的力学规律在任何惯性系中形式相同 结论 或 牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变 力学定律不变性——力学相对性原理 四、伽利略变换与绝对时空概念 1. 由： 得： 即：在S系和S’系中的观察者对任意两事件之间的时间间隔进行测量，测量结果与参照系无关。 在牛顿力学中，时间是绝对的。 2. 设有一根棒沿轴放置，其两端点在S系和S’系中的空间坐标分别为(x1,x2)和(x’1,x’2,)，则在S系和S’系中测得的棒长分别为： 由伽利略变换得: 即: 在牛顿力学中，长度是绝对的。 §16.2 狭义相对论的基本假设 洛仑兹变换 麦克斯韦电磁理论 一、加利略变换的失效 光速不变的结论 ——不服从伽利略变换 任何惯性系中，光的真空速率都相等。 假设2（光速不变原理）： 二、爱因斯坦的基本假设 假设1（狭义相对性原理）： 物理定律在一切惯性系中都具有相同的数学形式，或所有惯性系都是等价的。 1. 光速不变与与伽利略的速度相加原理针锋相对 革命性! 2. 观念上的变革 光速不变 长度、时间、质量 与参考系有关 (相对性) 空间间隔的量度是绝对的 时间间隔的量度是绝对的 *牛顿的绝对时空观 *牛顿的绝对时空观的数学表示 ——伽利略坐标变换 *伽利略速度变换 麦氏方程组 C——绝对量 矛盾！ 任何惯性系中，光的真空速率都相等。 假设2（光速不变原理）： 二、爱因斯坦的基本假设 假设1（狭义相对性原理）： 物理定律在一切惯性系中都具有相同的数学形式，或所有惯性系都是等价的。 狭义相对论时空观——洛仑兹变换 三、洛仑兹变换 经典的绝对时空观——伽利略变换 S y z x O ut 某一时刻，P点发生一事件， 其时空位置： 时空均匀性： 相对性原理： 光速不变原理： 由（1）（2）（3）（4）得： 由（1）、（2）、（5）得： 同一事件时空坐标变换： 不同事件发生的时间间隔、空间间隔坐标变换： 洛变换退化为伽变换 1、时间间隔与空间间隔均是u的函数，不再相互独立 讨论： 真空中的光速是现实世界中一切物体运动速度的极限 §16.3 狭义相对论的时空观 *高速运动物体的测量 与物体有相对速度的参照系——运动参照系 测得物理量——运动测量量 (相对速度u的函数) 与物体相对静止的参照系——本征参照系 测得物理量——本征物理量 (固有物理量） 运动测量量 本征物理量 u =0 一、