1電動力學2-1.

1、拉Wcmcr Heisenberg相對論的四維形式主要內容:相對論的實驗基礎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A.愛因斯坦20世紀最偉大的物理學家.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。1905年，愛因斯坦在科 學史上創(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，都應該 獲得諾貝爾獎.3月，發(fā)表了解釋光電效應 的論文，提出光子說；5月，發(fā)表關于布朗 運動的論文，間接證明了分子的存在；6月 發(fā)表“論運動媒質的電動

2、力學”的論文， 提出了狹義相對論；9月發(fā)表了有關質能關 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與覆點 本章重點：1. 深刻理解經(jīng)典時空理論和邁克爾遜實驗;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；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、掌握相對論力學的基本理論并解決實際問題.本章難點:1. 同時的相對性.時鐘延緩效應的相對性;2. 相對論四維形式的理解；3、電動力學相對論不變性的導出過程.*OMR raMM牛頓丸學麥克斯韋電磁場理論熱力學與經(jīng)典統(tǒng)計理論兩朵烏云:I邁克耳遜莫雷“以太漂移” 驗黑體輻射實驗51a： 19世紀后期，經(jīng)典物理 學的三大理論體系使經(jīng) 典物理學已趨于成熟.狹義相對論 量子力學= 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，刀，左系 在t-t時刻，物體運動到p點yzz - 正變換丄近代物理學的兩

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)典理論的補充，而是全新的理論關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，與內部結構無關，與運動無關.運動長度的測量：在同一時間去測量物體的兩端.伽利略坐標變換式 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論：在一切慣性系中，經(jīng)典力學中的時空是絕 對的絕對時空觀力 學相對性原理(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麥氏方程不滿足伽氏變換Vr = V => = 4-vV df Storararattji3.伽

6、氏變換下麥氏方程等可變性的三種看法麥克斯韋方程 伽利略變換 拒對性原理.麥克斯韋方程不正確電磁運動不服從相對性原理伽利略變換不適合高速運動“以太”概念及絕對參照系光借助“以太 ”媒質傳播， 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， 以太應是一種固體 模量，P是介質密度)；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邁克耳莫雷實驗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當是地球繞太陽的運動速度.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 Z( « Z2 «z儀器轉動兀/2蕭舄條1881年邁克耳遜第一次實 驗，預期2 = 0.04光程差=W«c)c光程差與條紋移動關系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實驗，預期= 0.4 實驗結果=0 該實驗被認為是狹義相對論的主要實驗支柱之一.邁克耳遜一莫雷實驗的零結果，說明了 “以太”本身

8、不存在。1907年邁克耳遜因創(chuàng)制精密光學儀器獲得諾貝爾物理學獎2AA對實驗結果的幾種解釋1、地球相對以太靜止論地球為絕對參照系，光速在地球上恒為C且各向同性.這 樣顯然光程差為尊，在地球上實驗條紋不移動.但此解釋必然 得出地球是宇宙中心的結論2、拖曳理論地球不是絕對參照系。但由于以太很輕，地球在以太中運動 可以拖動以太一起運動.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”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，應是地球相對恒星的 運動速度與光速合成的方向.理論計算：a tg 1 對太陽光的

9、實驗觀測：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驗相矛盾.若光 速與光源運動有關，則在1處光速相對 地球為2處光速相對地球為C-V. 在同一時刻觀看B星不應是一亮點.B星 不同時刻發(fā)出的光在同一時刻到達地球, 拍攝照片應是一條很短的亮線.但實驗 結果均為亮點，說明光速與光源運動無 關.1924年用日光做邁氏實驗，仍然無 移動，證明雙星實驗正確.4、收縮假定（1892年洛侖茲斐茲杰惹）假定認為沿相對以太運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:&一嚴廠厶） Vl-v2/c2所以?> = A, rfj =0洛侖茲在此基礎上建立了一套慣性系間的變換關系，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、理學家，在物理學的許名領域中都做 出了不可磨滅的貢獻。他創(chuàng)立了經(jīng)典電子論，使經(jīng)典電磁學向前躍出了一大理。1875年前，光的 電磁理論與物質分子理論相結合的統(tǒng)一設想，還沒有騷人明確提出。此后, 造倫茲對這一問題進隹深入聊究，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實的物理基礎， 而H據(jù)此創(chuàng)笠了物質陌電子論。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)并驗證了塞曼效應。塞曼效應是 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度成正比的理論。塞曼最先發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)彖 并對其進行了研究.但他通過研究在理論上雖然可以正確解釋這一現(xiàn)象 卻在實驗中遇到了難題。洛倫