04-01經(jīng)典力學(xué)的時空觀相對性原理

1、第四章 相對論基礎(chǔ)4-1 經(jīng)典力學(xué)的時空觀 伽利略相對性原理 愛因斯坦(18791955)牛頓(1643 - 1727)“我不知道世人會如何看我。我覺得自己就像是在海灘上玩耍的一個男孩，我會為時不時找到了一個比尋常所見更加光滑的卵石或更加漂亮的貝殼而感到欣喜，而我的面前，卻是一片未被發(fā)現(xiàn)的真理的廣闊海洋?！?牛頓2目 錄第一章 力和運(yùn)動第二章 運(yùn)動的守恒量和守恒定律第三章 剛體和流體的運(yùn)動第四章 相對論基礎(chǔ)第五章 氣體動理論第六章 熱力學(xué)基礎(chǔ)第七章 靜止電荷的電場第八章 恒定電流的磁場第九章 電磁感應(yīng) 電磁場理論4-1 經(jīng)典力學(xué)的時空觀 (伽利略相對性原理)4-2 狹義相對論基本原理 狹義相對

2、論的時空觀4-3 洛侖茲變換4-4 相對論速度變換4-5 狹義相對論動力學(xué)基礎(chǔ)*4-6 廣義相對論簡介相對論是現(xiàn)代物理學(xué)泰斗愛因斯坦的偉大成就，但相對論的思想和我們的經(jīng)驗相差如此之遠(yuǎn)，幾乎有些匪夷所思。然而相對論的正確性已為可靠的實驗證實，并為當(dāng)代學(xué)術(shù)界所共識。3相對論相對論是由愛因斯坦（Albert Einstein）創(chuàng)立的，包括：1. 狹義相對論（Special relativity 1905 年） 研究高速運(yùn)動物體在慣性系中運(yùn)動的規(guī)律 以及物理量和物理規(guī)律在不同慣性系間的變換關(guān)系。 狹義相對論揭示了時間、空間與運(yùn)動的關(guān)系。2. 廣義相對論（General relativity 1915

3、年） 研究在任意參考系中物體運(yùn)動的規(guī)律 以及它們在不同參考系之間變換的關(guān)系。 廣義相對論揭示了時間、空間與引力的關(guān)系。 “此時此刻，重力問題占據(jù)了我所有心思，有件事是確定的，我一生中從未如此痛苦過。和重力問題比起來，狹義相對論有如兒戲?！?絕對時空觀問題1： 對于不同的參考系，空間和時間的測量結(jié)果是一樣的嗎？如果甲測的小球下落時間為如果乙測的小球下落時間為例甲乙站臺兩個基本問題5絕對時空觀問題1： 對于不同的參考系，空間和時間的測量結(jié)果是一樣的嗎？絕對時空觀：無論在哪個慣性系中測量，結(jié)果都是一樣的！絕對空間：長度的測量與參考系無關(guān)。絕對時間：時間的測量與參考系無關(guān)。兩點(diǎn)之間的距離，無論在那個慣

4、性系中測量都是一樣的；前后發(fā)生的兩個事件之間的時間，無論在那個慣性系中測量都是一樣的。牛頓力學(xué)的回答：6絕對時空觀問題1： 對于不同的參考系，空間和時間的測量結(jié)果是一樣的嗎？絕對時空觀表明：時間和空間是彼此獨(dú)立，互不相關(guān)。并且獨(dú)立于物質(zhì)和運(yùn)動之外的，不受物質(zhì)和運(yùn)動的影響?！敖^對空間，就其本性而言，與外界任何事物無關(guān)，而永遠(yuǎn)是相同的和不動的?！?（牛頓）“絕對的、真正的和數(shù)學(xué)上的時間自己流逝著，并由于它的本性而均勻地與任何外界對象無關(guān)地流逝著?！?（牛頓）7伽利略相對性原理問題2： 對于不同的參考系，基本力學(xué)定律的形式是完全一樣的嗎？兩個基本問題例甲乙站臺甲研究小球運(yùn)動運(yùn)用牛頓第二定律為乙研究小

5、球運(yùn)動運(yùn)用牛頓第二定律其形式是否仍然是8伽利略相對性原理問題2： 對于不同的參考系，基本力學(xué)定律的形式是完全一樣的嗎？對于任何慣性系，牛頓定律都成立，即其形式都是一樣的！伽利略相對性原理（牛頓相對性原理、力學(xué)相對性原理）伽利略在宣揚(yáng)哥白尼日心說時，為了解釋地球表觀上的靜止，用大船作比喻： 無法判斷大船是否在運(yùn)動。伽利略相對性原理：在一個慣性系內(nèi)部的任何力學(xué)實驗無法判定這一個慣性系本身在靜止?fàn)顟B(tài)，還是在作勻速直線運(yùn)動。一切彼此作勻速直線運(yùn)動的慣性系，對于描寫機(jī)械運(yùn)動的規(guī)律來說是完全等價的。判斷某一慣性系的絕對靜止是沒有意義的。牛頓力學(xué)的回答：9絕對時空觀、伽利略相對性原理絕對時空觀和力學(xué)相對性原理有著緊密聯(lián)系，根據(jù)絕對時空觀來推導(dǎo)力學(xué)相對性原理的數(shù)學(xué)表示。力學(xué)定律具有伽利略變換不變性。伽利略變換是力學(xué)相對性原理的數(shù)學(xué)表示。絕對時空觀 = 相對性原理對于任何慣性系，牛頓定律都成立