大學(xué)物理學(xué)-狹義相對(duì)論基本原理

第15章狹義相對(duì)論基礎(chǔ)狹義相對(duì)論基本原理狹義相對(duì)論時(shí)空觀狹義相對(duì)論動(dòng)力學(xué)----運(yùn)動(dòng)描述的相對(duì)性相對(duì)----只針對(duì)慣性系狹義1632年Galileo在一只叫“薩爾瓦阿蒂”的船上作過實(shí)驗(yàn)：不可能在慣性系的內(nèi)部進(jìn)行任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)，來確定該系統(tǒng)本身的物理狀態(tài)。要確定某個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，要選定該物體外的另外物體作為參考系；在任何慣性系內(nèi)所做的力學(xué)實(shí)驗(yàn)，其結(jié)論相同，不依賴于參考系，即一切慣性參考系等價(jià)。

----伽利略相對(duì)性原理伽利略變換來源于人們加減物體速度的直覺伽利略變換式包含了以下兩個(gè)基本前提假定了時(shí)間對(duì)于一切參考系、坐標(biāo)系里都是相同的；假定了空間對(duì)于一切參考系、坐標(biāo)系里都是均勻的對(duì)于兩個(gè)不同的慣性參考系,光速滿足伽利略變換嗎？結(jié)果:觀察者先看到投出后的球，后看到投出前的球.伽利略變換導(dǎo)致還導(dǎo)致因果矛盾球投出前球投出后邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理圖以太風(fēng)地球相對(duì)于以太速度：u光在以太速度：c反射鏡M2單色光源反射鏡M1②①②①②①來回光路是完全重合的，分開畫只是為了便于理解光順著以太方向傳播光逆著以太方向傳播往返一次所需時(shí)間：光路①M(fèi)2M1②①②①①②②②M2M1②①②①①②以太風(fēng)光路②光相對(duì)于地球的速度垂直于以太的方向。光路②光相對(duì)于地球的速度垂直于以太的方向。往返一次需要時(shí)間因?yàn)橛蓛墒獾墓獬滩睿簩x器旋轉(zhuǎn)90°，由于光程差改變量。引起的條紋移動(dòng)：零結(jié)果！光速：所選光波長(zhǎng)：地球繞太陽的公轉(zhuǎn)速度：干涉儀臂長(zhǎng)約：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：零結(jié)果在不同季節(jié)，不同地理?xiàng)l件下做實(shí)驗(yàn)，沒有觀察到條紋的移動(dòng)。相對(duì)以太的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)是不存在的，以太不能作為絕對(duì)參考系，以太假設(shè)不能采用；地球上沿各個(gè)方向的光速都是相等的。邁克耳遜—莫雷實(shí)驗(yàn)一直被認(rèn)為是狹義相對(duì)論的主要實(shí)驗(yàn)支柱。實(shí)驗(yàn)表明：愛因斯坦:Einstein,

現(xiàn)代時(shí)空的創(chuàng)始人,二十世紀(jì)的哥白尼1.狹義相對(duì)性原理一切物理規(guī)律在所有慣性系中都有相同的數(shù)學(xué)形式。2.光速不變?cè)碓谒袘T性系中，光在真空中的速率恒為c

1.

Einstein

的相對(duì)性理論是Newton理論的發(fā)展討論一切物理規(guī)律力學(xué)規(guī)律狹義相對(duì)論基本原理愛因斯坦的假設(shè)----

光速不變與伽利略變換與伽利略的速度相加原理針鋒相對(duì)

觀念上的變革牛頓力學(xué)時(shí)間標(biāo)度長(zhǎng)度標(biāo)度質(zhì)量的測(cè)量與參考系無關(guān)速度與參考系有關(guān)(相對(duì)性)狹義相對(duì)論力學(xué)長(zhǎng)度時(shí)間質(zhì)量與參考系有關(guān)光速不變(相對(duì)性)革命性

事件間隔在某一時(shí)刻、某地點(diǎn)發(fā)生的一個(gè)現(xiàn)象稱為一個(gè)事件定義兩個(gè)事件之間的間隔

洛侖茲變換尋找重合兩個(gè)參考系相應(yīng)的坐標(biāo)值之間的關(guān)系同時(shí)發(fā)出閃光經(jīng)一段時(shí)間光傳到P點(diǎn)從一個(gè)慣性系到另一個(gè)慣性系的變換只能是線性的由于相對(duì)性原理線性變換的一般形式我們總可以把S’相對(duì)S運(yùn)動(dòng)的方向選為x'軸，并令x軸與x'軸方向重合，y軸與y'軸、z軸與z'軸平行，兩慣性系僅沿x軸相對(duì)平動(dòng)，且O與O'重合時(shí)t=t'=0，則任意時(shí)刻，均有y=y',z=z'，相應(yīng)地，線性變換形式可簡(jiǎn)化為

由時(shí)空統(tǒng)一的間隔不變性

比較兩邊系數(shù)

得時(shí)空變換關(guān)系正變換逆變換伽利略變換討論1)在洛倫茲變換中時(shí)間和空間密切相關(guān)，它們不再是相互獨(dú)立的。3)u>c變換無意義速度有極限例1：一短跑選手，在地球上以10s的時(shí)間跑完100m，在飛行速率為0.98c的飛船中觀測(cè)者看來，這個(gè)選手跑了多長(zhǎng)時(shí)間和多長(zhǎng)距離（設(shè)飛船沿跑道的競(jìng)跑方向航行）？解：設(shè)地面為S系，飛船為S'系。例2：在慣性系S中，相距

x=5106m的兩個(gè)地方發(fā)生兩個(gè)事件，時(shí)間間隔

t=10-2s；而在相對(duì)