1電動力學(xué)2-1.

1、拉Wcmcr Heisenberg相對論的四維形式主要內(nèi)容:相對論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)相對論的基本原理洛倫玆變換相對論的時空理論相對論力學(xué)A.愛因斯坦20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家.1879年3月14日生于德國烏耳姆，1900年畢業(yè)于瑞 士蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)。1905年，愛因斯坦在科 學(xué)史上創(chuàng)造了史無前例的奇跡 建立了狹義相對論，推動了整個物理學(xué)理論的革命.1955年4月19日在美國逝世.1905年，除博士論文外，愛因斯坦連續(xù)發(fā) 表了4篇重要論文，其中任何一篇，都應(yīng)該 獲得諾貝爾獎.3月，發(fā)表了解釋光電效應(yīng) 的論文，提出光子說；5月，發(fā)表關(guān)于布朗 運(yùn)動的論文，間接證明了分子的存在；6月 發(fā)表“論運(yùn)動媒質(zhì)的電動

2、力學(xué)”的論文， 提出了狹義相對論；9月發(fā)表了有關(guān)質(zhì)能關(guān) 系式的論文，指出能量E 於.相對論的時空觀念與人們固有的時空觀念差別很大，很難被 普通人所理解.人們都稱贊愛因斯坦偉大，但又常常弄不懂這 偉大的內(nèi)容.這使人們想起英國詩人波譜歌頌牛頓的詩句：自然界和自然界的規(guī)律隱藏在黑暗中，上帝說：“讓牛 頓去吧，”于是一切都成為光明.后人續(xù)寫道：上帝說完多年之后，魔鬼說：“讓愛因斯 坦去吧.”于是一切又回到黑暗中狹義相對論的童點(diǎn)與覆點(diǎn) 本章重點(diǎn)：1. 深刻理解經(jīng)典時空理論和邁克爾遜實(shí)驗(yàn);2. 熟記狹義相對論基本原理和洛侖茲變換;3. 理解同時的相對性.尺縮和鐘慢效應(yīng)；4、能夠熟練利用洛侖茲速度變換解決具

3、體問題;5. 了解相對論四維形式和四維協(xié)變量；6、掌握相對論力學(xué)的基本理論并解決實(shí)際問題.本章難點(diǎn):1. 同時的相對性.時鐘延緩效應(yīng)的相對性;2. 相對論四維形式的理解；3、電動力學(xué)相對論不變性的導(dǎo)出過程.*OMR raMM牛頓丸學(xué)麥克斯韋電磁場理論熱力學(xué)與經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論兩朵烏云:I邁克耳遜莫雷“以太漂移” 驗(yàn)黑體輻射實(shí)驗(yàn)51a： 19世紀(jì)后期，經(jīng)典物理 學(xué)的三大理論體系使經(jīng) 典物理學(xué)已趨于成熟.狹義相對論 量子力學(xué)= X，N F 逆變換2丄1經(jīng)典時空理論簡介1、伽利略變換和經(jīng)典相對性原理伽利略變換在t-o時刻，物體在o點(diǎn)，刀，左系 在t-t時刻，物體運(yùn)動到p點(diǎn)yzz - 正變換丄近代物理學(xué)的兩

4、大支柱，逐步建立了 1新的物理理論.近代物理不是對經(jīng)典理論的簡單否定P代物理不是經(jīng)典理論的補(bǔ)充，而是全新的理論關(guān)于長度和時間的測量在每個慣性系放一個時鐘和一把尺子，鐘和尺與參照 系無關(guān)，與內(nèi)部結(jié)構(gòu)無關(guān)，與運(yùn)動無關(guān).運(yùn)動長度的測量：在同一時間去測量物體的兩端.伽利略坐標(biāo)變換式 伽利略速度變換式=役一 uy=uyy Uz = Uz一 伽利略加速度變換式Axf = Ax牛頓定律不變性Ff = maf= ma = P時間是絕對的空間是絕對的時空相互分離結(jié)論：在一切慣性系中，經(jīng)典力學(xué)中的時空是絕 對的絕對時空觀力 學(xué)相對性原理(Galilean Principle of Relativity) 玉二相并

5、祐速壓動慣性系中耳頓另壟定律具有相而 式；一切慣性系都是等價的;不存査彎的慣性系.定該參照系相對另一系的速度.2J2經(jīng)典時空理論的局限性1、光速可變并與光源運(yùn)動相吞 |竹二 “;y 二 V，役 H jzu工系光速各向異性“ t = ux + P = C COS 0 + y / v = u = csin Of()z.乙光沿£系x軸傳播的速度=c土W 光沿Y系Y軸傳播的速度= h匚 _OHraranri光在一個慣性系中速度各向同性，那么它相對其他慣性 系中的速度各向異性Vx = - St2麥?zhǔn)戏匠滩粷M足伽氏變換Vr = V => = 4-vV df Storararattji3.伽

6、氏變換下麥?zhǔn)戏匠痰瓤勺冃缘娜N看法麥克斯韋方程 伽利略變換 拒對性原理.麥克斯韋方程不正確電磁運(yùn)動不服從相對性原理伽利略變換不適合高速運(yùn)動“以太”概念及絕對參照系光借助“以太 ”媒質(zhì)傳播， 相對靜止的“ 以太”，光的 傳播速度各向 同性，均為C(1) 充滿宇宙，透明而密度很小(電磁 彌散空間，無孔不入)；(2) 具有高彈性。電磁波二般為橫波， 以太應(yīng)是一種固體 模量，P是介質(zhì)密度)；V OC(3) 它只在牛頓絕對時空中靜止不動， 即在特殊參照系中靜止.“以太”究竟為何物?2.1.3邁克耳莫雷實(shí)驗(yàn)假定相對性原理不成立，麥克斯韋方程的形式僅在以太中成鬆饗隸誌韻魏魏嚮菸註蠶肆霧.緊定秦速2盍異光速備

7、項(xiàng)徇性且慎等于C.而柱其它參老假定太陽與以太固連，地球相對于以太的速度就應(yīng)當(dāng)是地球繞太陽的運(yùn)動速度.對光線：=丄+丄旦 1c + v c-v c 1 - V2 /C1地球系麻頁對光線 O-> A/, ->O設(shè) Z( « Z2 «z儀器轉(zhuǎn)動兀/2蕭舄條1881年邁克耳遜第一次實(shí) 驗(yàn)，預(yù)期2 = 0.04光程差=W«c)c光程差與條紋移動關(guān)系d = 2N2邁克耳遜干涉儀精度可觀測到 001個條紋的移動.1887年邁克耳遜和莫雷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，預(yù)期= 0.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果=0 該實(shí)驗(yàn)被認(rèn)為是狹義相對論的主要實(shí)驗(yàn)支柱之一.邁克耳遜一莫雷實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果，說明了 “以太”本身

8、不存在。1907年邁克耳遜因創(chuàng)制精密光學(xué)儀器獲得諾貝爾物理學(xué)獎2AA對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的幾種解釋1、地球相對以太靜止論地球?yàn)榻^對參照系，光速在地球上恒為C且各向同性.這 樣顯然光程差為尊，在地球上實(shí)驗(yàn)條紋不移動.但此解釋必然 得出地球是宇宙中心的結(jié)論2、拖曳理論地球不是絕對參照系。但由于以太很輕，地球在以太中運(yùn)動 可以拖動以太一起運(yùn)動.但這種說法與光行差現(xiàn)象矛盾.恒星光行差現(xiàn)象：觀察恒星光線的視方向與“真實(shí)”方向之間有一夾角，這說 明若以太存在，將不能被地球拖動.若被拖動則地球上將看不 到光行差現(xiàn)象.地球上觀察天體的方向，應(yīng)是地球相對恒星的 運(yùn)動速度與光速合成的方向.理論計(jì)算：a tg 1 對太陽光的

9、實(shí)驗(yàn)觀測：au41 «).00573°)/ 一v » 3.0x 104m/s3. 發(fā)射理論光同，艾 源向；-1討G 光各實(shí)球仍為 止蕃地不 靜，源在同上 變光程不球ill?以樣這一說法與雙星實(shí)驗(yàn)相矛盾.若光 速與光源運(yùn)動有關(guān)，則在1處光速相對 地球?yàn)?處光速相對地球?yàn)镃-V. 在同一時刻觀看B星不應(yīng)是一亮點(diǎn).B星 不同時刻發(fā)出的光在同一時刻到達(dá)地球, 拍攝照片應(yīng)是一條很短的亮線.但實(shí)驗(yàn) 結(jié)果均為亮點(diǎn)，說明光速與光源運(yùn)動無 關(guān).1924年用日光做邁氏實(shí)驗(yàn)，仍然無 移動，證明雙星實(shí)驗(yàn)正確.4、收縮假定（1892年洛侖茲斐茲杰惹）假定認(rèn)為沿相對以太運(yùn)動方向上物體長度收縮

10、為/ A_v2/ 2 則在地球上觀測，光沿時間：iji-yr/c2 t liy/-v2/c2 _21J1c vc + v71 - v2/c2沿MMqM無收縮4=-21J c_LfJ-V2/c21y/-V2/c2同理:&一嚴(yán)廠厶） Vl-v2/c2所以?> = A, rfj =0洛侖茲在此基礎(chǔ)上建立了一套慣性系間的變換關(guān)系，可證明麥 克斯韋方程在此變換下不變.但他沒有突破經(jīng)典時空觀，沒有 建立相對論，并對自己結(jié)果持懷疑態(tài)度.長度為什么會收縮， 長度定義是什么，變換中時間的愆義是什么n n ra ra n nt. > 冃上 毎 Q 族配洛倫茲1853年出生在荷蘭.他是一位全能物

11、理學(xué)家，在物理學(xué)的許名領(lǐng)域中都做 出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。他創(chuàng)立了經(jīng)典電子論，使經(jīng)典電磁學(xué)向前躍出了一大理。1875年前，光的 電磁理論與物質(zhì)分子理論相結(jié)合的統(tǒng)一設(shè)想，還沒有騷人明確提出。此后, 造倫茲對這一問題進(jìn)隹深入聊究，気出了題為光的反射勾哲射理母論 了這一紡一壊拉，不儀履麥克琳韋的電巌理論有了更加堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)， 而H據(jù)此創(chuàng)笠了物質(zhì)陌電子論。隨后他又根據(jù)電子論，確立了電子在磁場中所受的力即“洛倫茲力”的概與此同時，他還與其同胞塞曼一起，發(fā)現(xiàn)并驗(yàn)證了塞曼效應(yīng)。塞曼效應(yīng)是 一種解釋置于磁場中的光源發(fā)射的各種譜線，受磁場影響分裂成幾條，各 分譜線之間間隔的大小與磁場強(qiáng)度成正比的理論。塞曼最先發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)彖 并對其進(jìn)行了研究.但他通過研究在理論上雖然可以正確解釋這一現(xiàn)象 卻在實(shí)驗(yàn)中遇到了難題。洛倫