物理學教學-4-1 經(jīng)典力學的時空觀ppt課件

1、 第第 4 章章 狹義相對論根底狹義相對論根底歷史背景歷史背景 19 19世紀末電磁學有了很大開展，世紀末電磁學有了很大開展，18651865年年麥克斯韋麥克斯韋(Maxwell)(Maxwell)總結出電磁場方程組；預總結出電磁場方程組；預言了電磁波的存在，并指出其速率各向均為言了電磁波的存在，并指出其速率各向均為c c ( (真空中真空中) )；18881888年赫茲年赫茲(Hertz) (Hertz) 在實驗上證在實驗上證明了電磁波的存在。明了電磁波的存在。 這顯然和伽利略變換矛盾，按伽利略變這顯然和伽利略變換矛盾，按伽利略變換，光速在一個參考系中假設是換，光速在一個參考系中假設是c c

2、，在另一參，在另一參考系中必不是考系中必不是c c。 提出問題提出問題 ： 電磁場方程組在哪個參考系成立呢電磁場方程組在哪個參考系成立呢? ? 為不和伽利略變換矛盾，人們假設：宇為不和伽利略變換矛盾，人們假設：宇宙宙中充溢了叫中充溢了叫“以太以太(ether)(ether)的物質，電磁的物質，電磁 波靠波靠“以太傳播。以太傳播。 電磁場方程組只在電磁場方程組只在“以太參考系成立；以太參考系成立； 電磁波在電磁波在“以太參考系中速率各向為以太參考系中速率各向為c c。 按伽利略變換，電磁波相對于其他參考系按伽利略變換，電磁波相對于其他參考系( (如地球如地球) )速率就不會各向均勻，而和此參考速

3、率就不會各向均勻，而和此參考系相對于系相對于“以太的速度有關。以太的速度有關。 19世紀末，很多準確的實驗和察看世紀末，很多準確的實驗和察看(最著名最著名的是的是Michelson-Morley實驗實驗)都得出完全否認都得出完全否認的結果，在任何參考系中測得的光在真空中的結果，在任何參考系中測得的光在真空中的速率均為。的速率均為。 假設此，如在地球上測光速，能夠假設此，如在地球上測光速，能夠 c或或 c 還是還是 電磁規(guī)律符合相對性原理電磁規(guī)律符合相對性原理 而而 伽利略變換該修正伽利略變換該修正? 愛因斯坦愛因斯坦(Einstein)深化分析了此問題，于深化分析了此問題，于1905年發(fā)表了年

4、發(fā)表了作出了作出了對整個物理學都有變革意義的回答。對整個物理學都有變革意義的回答。 是是 伽利略變換正確伽利略變換正確 而而 電磁規(guī)律不符合相對性原理電磁規(guī)律不符合相對性原理?4-1 經(jīng)典力學的時空觀經(jīng)典力學的時空觀一、絕對時空觀一、絕對時空觀 1時間間隔的丈量是絕對的，即兩事件的時間間隔的丈量是絕對的，即兩事件的時間間隔在不同的慣性系中是一樣的時間間隔在不同的慣性系中是一樣的, 稱絕對稱絕對時間。時間。 2空間間隔的丈量是絕對的，即兩事件的空間間隔的丈量是絕對的，即兩事件的空間間隔在不同的慣性系中是一樣的空間間隔在不同的慣性系中是一樣的, 稱絕對稱絕對空間。空間。二、伽利略變換二、伽利略變換

5、設設 系相對于系相對于 系以勻速系以勻速 沿沿 軸正方向運動軸正方向運動S Sux0tt 時時兩坐標系原點重合兩坐標系原點重合 那么那么 t 時辰時辰 ttzzyyutxxttzzyyutxx或或 速度變換公式速度變換公式 討論：討論： 伽利略變換是建立在絕對時空觀根底上的。伽利略變換是建立在絕對時空觀根底上的。v vv vv vxxyyzzuvv vv vv xxyyzzu或或 將兩個不同參照系中的察看值放在一同相加將兩個不同參照系中的察看值放在一同相加是有問題的，除非空間間隔在不同的慣性系中是有問題的，除非空間間隔在不同的慣性系中是一樣的，即成認絕對的時空觀是一樣的，即成認絕對的時空觀三、力學的相對性原理三、力學的相對性原理 力學的一切規(guī)律在恣意的慣性系中都力學的一切規(guī)律在恣意的慣性系中都是一樣的?；蛘哒f，對于力學規(guī)律，一切是一樣的。或者說，對于力學規(guī)律，一切慣性系都是平等的。慣性系都是平等的。 例：在兩相互作勻速直線運