相对论(基础物理课堂讲稿下第二十三讲)培训讲解.pptVIP

第五章 相对论 §5.1 狭义相对论以前的力学和时空观 §5.2 电磁场理论建立后呈现的新局面 §5.3 爱因斯坦的假设与洛伦兹变换 §5.4 相对论的时空观 §5.5 相对论的多普勒效应 §5.6 相对论速度变换公式 §5.7 狭义相对论中的质量、能量和动量 §5.8 广义相对论简介 第五章相对论 第二十三讲 问题： 1.新的时空观是什么？ 3.时间与速度有关吗？ 2.新的变换是什么呢？ 4.有超过光速的物质吗？ 5.怎样看待同时性的相对性？ 6.怎样看待长度缩短？时钟变慢？ …… §5.3 爱因斯坦的假设与洛伦兹变换 麦克斯韦电磁理论应用广泛，理论结果与实验吻合. 相对性原理---大自然物理规律本应与惯性系选择无关. 爱因斯坦认为: 伽利略变换出问题了 伽利略变换 绝对时空观 ←凭空想象(无实验支持) 迈克耳孙干涉仪测出以太漂移的“零结果” ?v地球相对以太=0 ?否定了以太惯性系(绝对惯性系)的存在 怎样解释麦克斯韦电磁方程组不具有伽利略变换不变性？ 伽利略变换错在哪里？ 问题所在!! ? ? ◆爱因斯坦的假设 大千世界、宇宙的一切物理规律应与惯性系选择无关 包括力学、电磁学等 匀速火车上科学家 匀速飞机上科学家 其它星球上科学家 地面(近似惯性系)上科学家 一切惯性系上科学家 研究同一 物理现象 得到物理规律 的数学表达 形式应相同 麦克斯韦方程组在各惯性系上的数学形式应相同 ?由麦克斯韦方程组得到的光速在各惯性系上应相同 爱因斯坦 两个假设: 物理定律在一切惯性系 中都取相同形式。 (1)狭义相对性原理--- 真空中的光速相对于任何 惯性系沿任一方向恒为c，并与光源运动无关。 (2)光速不变原理--- ◆洛伦兹变换 爱因斯坦两个假设与伽利略变换相抵触 c光对S= u光对S + vS 对S 伽利略: c光对S= c光对S 爱因斯坦: 伽利略变换 绝对时空观 新时空观----相对时空观 ∵有物质的空间才有意义 ∴空间与时间相联系且均匀 相对时空观:时间和空间有关联 空间 物质运动 时间 绝对时空观:时间和空间无关联 ∵空间是绝对的,与时间无关. 时间是绝对的,与空间无关. ∴空间与时间无联系且均匀 ∴Δr =f(Δr, Δt, u) Δt =φ(Δr, Δt, u) ∴Δr = Δr Δt = Δt 抽象推测(无实验支持) 有哲学指导(实验证实) a211- c2a241 =1 - a211v - c2 a41a44 =0 a211v2 - c2a244= – c2 a211- c2a241 =1 a11a14 - c2 a41a44 =0 a214 - c2a244= – c2 a14 = - a11v 四方程四未知数了 三方程三未知数了 ? ? 一方程一未知数了 ? 最后得到新变换： x=a11x+a14t t=a41x+a44t y=y z=z 洛伦兹正变换 洛伦兹逆变换 说明几点： (1)正变换公式条件：S和S座标如图,且t =t =0时,0与0重合. (2)一般S静系和S动系,S静系?S动系?正变换(v→x轴正方向) S动系?S静系?逆变换 逆变换也可视:S为静系?S为动系v→-v代入正变换即得 (3)只能S的速度vc(光速)?物体上建S?物体速度vc(光速) ◆举例 ⑴ 一事件 S地面：炸弹在 x =500m,t=0.2s爆炸 S飞船(u=0.75c) ：炸弹在 ⑵ 两事件 爆炸 [S飞船(u=0.75c)] 事件１ 事件２ 甲(出站) 乙(到站) S地面: (x1,t1) (x2,t2) S飞船:(x1,t1) (x2,t2) §5.4 相对论的时空观 狭义相对论 ?抛弃了绝对时空观 ?建立了洛伦兹变换 ?建立了相对论时空观 ?抛弃了伽利略变换 新时空观: 能帮助我们解释实验现象吗？ 对我们认识客观事件产生什么影响呢？ ■同时性的相对性 …… 相对论时空观认为： S异地两事件同时发生, S不是同时发生 S异地两事件同时发生, S不是同时发生 同时性的相对性 洛伦兹变换可说明之 洛 伦 兹 变 换 事件１ 事件２ (x1,t1) (x2,t2) (x1,t1) (x2,t2) Δt =t2-t1,Δx =x2-x1 Δt =t2-t1,Δx=x2-x1 讨论： ⑴ S:Δt=0,Δx ≠0?同时不同地; Δt ≠0?S不同时 S:Δt=0,Δx ≠0?同时不同地; Δt ≠0?S不同时 S y x 0 u S y x 0 举例:A接受信号--事件1; B接受信号--事件2 A B d d B先接收信号 S: S: 相对 ⑵ S:Δt=0,