狹義相對論的基本假設(shè).ppt

第二十三章 相對論簡介,13、狹義相對論簡介,相對論簡介,牛頓力學(xué),適用宏觀物體的低速（與光速相比）運(yùn)動(dòng),適用宏觀物體的低速（與光速相比）運(yùn)動(dòng),研究微觀粒子的運(yùn)動(dòng),研究宏觀物體的高速（與光速相比）運(yùn)動(dòng),相對論簡介,19世紀(jì)后半葉，關(guān)于電磁場的研究不斷深入，人們認(rèn)識(shí)到了光的電磁本質(zhì)我們已經(jīng)知道，電磁波是以巨大且有限的速度傳播的，因此在電磁場的研究中不斷遇到一些矛盾，這些矛盾導(dǎo)致了相對論的出現(xiàn) 相對論不僅給出了物體在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律，而且改變了我們對于時(shí)間和空間的認(rèn)識(shí)，它的建立在物理學(xué)和哲學(xué)的發(fā)展史上樹立了一座重要的里程碑,20世紀(jì)最偉大的科學(xué)家,觀看錄像,經(jīng)典的相對性原理,不同的參考系中觀察物體的運(yùn)動(dòng)情況可能不同，物體在空間移動(dòng)這一概念也是相對的,在不同參考系中觀察物體的運(yùn)動(dòng)情況,經(jīng)典的相對性原理,光速恒定的特性，同運(yùn)動(dòng)的相對性原理之間似乎產(chǎn)生了矛盾？,但是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，不論光源和觀察者做怎樣的相對運(yùn)動(dòng)，光速都是恒定的,v,光速,光速,不存在特殊參考系, 19世紀(jì)后半葉和20世紀(jì)初，物理學(xué)家們曾經(jīng)猜想，有一種叫做以太的介質(zhì)，彌漫在宇宙中，它是電磁波傳播時(shí)所需要的介質(zhì)，拿以太做參考系時(shí)麥克斯韋的電磁理論才成立今天看來，以太是某一特殊參考系的代表麥克爾遜實(shí)驗(yàn)表明不存在這樣的特殊參考系，實(shí)際上就是宣布宇宙間不存在以太,麥克爾遜實(shí)驗(yàn),狹義相對論的兩個(gè)假設(shè),上述的矛盾使我們面臨兩個(gè)選擇，要么放棄麥克斯韋的電磁理論，要么否定特殊參考系的存在愛因斯坦選擇了后者并提出了兩個(gè)假設(shè)：,在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的,愛因斯坦的相對性原理,真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的,光速不變原理,同時(shí)的相對性,v,車廂長度是5400000km,車廂運(yùn)行速度240000km/s,車廂上的人和地面上的人看到車廂中間燈光到達(dá)前后車廂的先后是不一樣的,同時(shí)的相對性,點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫,同時(shí)的相對性,在經(jīng)典物理家的頭腦中，如果兩個(gè)事件在一個(gè)參考系中看來是同時(shí)的，在另一個(gè)參考系中看來也一定是同時(shí)的，但是如果接受愛因斯坦的兩個(gè)假設(shè)，我們會(huì)得出“同時(shí)是相對的”這樣一個(gè)結(jié)論,時(shí)間間隔的相對性,高速運(yùn)行的列車上，由車廂底部發(fā)出的閃光，對于車上的人來說，閃光是在豎直方向反射的，而車廂外的人認(rèn)為被接收的反射光是沿斜線傳播的,由光速不變原理便得到不同的時(shí)間間隔,時(shí)間間隔的相對性,對于車廂內(nèi)的人：,對于車廂外的人：,h,時(shí)間間隔的相對性,在站臺(tái)上看運(yùn)動(dòng)火車上的鐘,在火車上看運(yùn)動(dòng)站臺(tái)上的鐘,長度的相對性,v,車廂運(yùn)行速度240000km/s,車上的人看到的車廂的長度：,車外的人看到的車廂的長度：,時(shí)空相對性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,當(dāng)兩個(gè)參考系的相對速度可與光速相比時(shí)，時(shí)間與空間的相對性才比較明顯,狹義相對論的結(jié)論已經(jīng)完全得到證實(shí)，實(shí)際上它已經(jīng)成為微觀粒子研究的基礎(chǔ)之一,時(shí)空相對性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,根據(jù)相對論，時(shí)間在運(yùn)動(dòng)中會(huì)進(jìn)行的比較緩慢，也就是說，在空間中高速移動(dòng)的時(shí)鐘，比固定于地面上的時(shí)鐘走得慢,1971年，科學(xué)家將銫原子鐘放在噴氣式飛機(jī)中作環(huán)球飛行，然后與地面的基準(zhǔn)鐘對照實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)言符合的很好這是相對論的第一次宏觀驗(yàn)證,時(shí)空相對性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,早在1941年，科學(xué)家通過對宇宙線的觀測證實(shí)了相對論的結(jié)論，美國科學(xué)家羅西和霍爾在不同高度統(tǒng)計(jì)了宇宙線中子的數(shù)量，結(jié)果與相對論預(yù)言完全一致,狹義相對論的其他三個(gè)結(jié)論,下面，我們學(xué)習(xí)狹義相對論的三個(gè)重要結(jié)論,相對論的速度疊加公式,相對論質(zhì)量,質(zhì)能方程,相對論的速度疊加公式,v,車廂運(yùn)行速度240000km/s,車外的人看到車上人相對地面的速度為：,相對論質(zhì)量,物體的運(yùn)動(dòng)速度不能無限增加，那么物體的質(zhì)量是否隨著速度而變化？,嚴(yán)格的論證表明，物體高速（與光速相比）運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量與它靜止時(shí)的質(zhì)量之間有下面的關(guān)系：,m為運(yùn)動(dòng)質(zhì)量 m0為靜止質(zhì)量,相對論質(zhì)量,微觀粒子的速度很高，它的質(zhì)量明顯的大于靜止質(zhì)量在研究制造回旋加速器時(shí)必須考慮相對論效應(yīng)的影響,1988年，中國第一座高能粒子加速器北京正負(fù)電子對撞機(jī)首次對撞成功,物體的能量和質(zhì)量之間存在著某種聯(lián)系：,物體的能量和質(zhì)量之間存在密切的聯(lián)系，他們的關(guān)系是：,愛因斯坦,質(zhì)能方程,這就是著名的質(zhì)能方程,質(zhì)能方程表達(dá)了物體的質(zhì)量和它所具有的能量之間的關(guān)系.,質(zhì)能方程,物體的動(dòng)能,運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量,靜止時(shí)的能量,在v c時(shí)的一種近似 這就是動(dòng)能表達(dá)式,質(zhì)能方程,具體推導(dǎo)過程如下：,質(zhì)能方程,這就是我們過去熟悉的動(dòng)能表達(dá)式，這也能讓我們看出，牛頓力學(xué)是相對論力學(xué)在低速情況下的特例,相對論的時(shí)空觀,什么是時(shí)間？什么是空間？時(shí)間和空間有什么性質(zhì)？經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為空間和時(shí)間是脫離物質(zhì)而存在的，是絕對的，空間和時(shí)間之間是沒有聯(lián)系的，相對論則認(rèn)為有物質(zhì)才有空間和時(shí)間，空間和時(shí)間與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān) 我們生活在低速運(yùn)動(dòng)的世界里，因此自然而然地接受了經(jīng)典的時(shí)空觀，過去誰都沒有意識(shí)到時(shí)間與空間的性質(zhì)，只有當(dāng)新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)引出的結(jié)論與傳統(tǒng)觀念不一致時(shí)，人們才