1-3節(jié) 狹義相對論的基本原理 洛倫茲變換式

1、14-1 伽利略變換式 牛頓的絕對時(shí)空觀1* 系相對于 系以勻速沿 軸運(yùn)動，觀察兩參照系中同一事件的時(shí)空關(guān)系。一、伽俐略變換和經(jīng)典力學(xué)相對性原理1、伽俐略變換2*3速度變換公式*4加速度變換 在兩相互作勻速直線運(yùn)動的慣性系中,牛頓運(yùn)動定律具有相同的形式.*2、經(jīng)典力學(xué)的相對性原理（Newton Principle of relativity）5二 、經(jīng)典力學(xué)的絕對時(shí)空觀 根據(jù)伽利略變換，我們可得出牛頓的絕對時(shí)空觀，也稱之為經(jīng)典時(shí)空觀。在S系內(nèi)，米尺的長度為在S系內(nèi)，米尺的長度為利用伽利略變換式得結(jié)論：空間任意兩點(diǎn)之間的距離對于任何的慣性系而言都是相等的，與慣性系的選擇或觀察者的相對運(yùn)動無關(guān)。即

2、：長度是“絕對的”，或稱之為“絕對空間”。6再有時(shí)間也與慣性系的選擇或觀察者的相對運(yùn)動無關(guān) “絕對空間”、“絕對時(shí)間”和“絕對質(zhì)量”這三個(gè)概念的總和構(gòu)成了經(jīng)典力學(xué)的所謂“絕對時(shí)空觀”： 空間、時(shí)間和物質(zhì)的質(zhì)量與物質(zhì)的運(yùn)動無關(guān)而獨(dú)立存在，空間永遠(yuǎn)是靜止的、同一的，時(shí)間永遠(yuǎn)是均勻地流逝著的。7牛頓的絕對時(shí)空觀牛頓力學(xué)的相對性原理注 意 牛頓力學(xué)的相對性原理, 在宏觀、低速的范圍內(nèi),是與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致的.但在高速運(yùn)動情況下則不適用. 舉例如下頁所示：8對電磁現(xiàn)象的研究表明: 電磁現(xiàn)象所遵從的麥克斯韋方程組不服從伽利略變換.真空中的光速9 試計(jì)算球被投出前后的瞬間，所發(fā)出的光波達(dá)到觀察者所需時(shí)間. 球

3、投出前球投出后(根據(jù)伽利略變換) 例10觀察者先看到投出后的球，后看到投出前的球.結(jié)果:球投出前球投出后(根據(jù)伽利略變換)11l = 5000 光年物質(zhì)飛散速度AB 公元1054年,人們發(fā)現(xiàn)天上出現(xiàn)了一顆“客星”,其耀眼的光芒,用肉眼在白天也看得見.史書記載它在天空中停留了22個(gè)月 ,產(chǎn)生了著名的金牛座蟹狀星云 . 12 當(dāng)一顆恒星在發(fā)生超新星爆發(fā)時(shí), 它的外圍物質(zhì)向四面八方飛散, 即有些拋射物向著地球運(yùn)動, 現(xiàn)研究超新星爆發(fā)過程中光線傳播引起的疑問 .l = 5000 光年物質(zhì)飛散速度AB13 A 點(diǎn)光線到達(dá)地球所需時(shí)間 B 點(diǎn)光線到達(dá)地球所需時(shí)間l = 5000 光年物質(zhì)飛散速度AB14l

4、 = 5000 光年物質(zhì)飛散速度AB 理論計(jì)算觀察到超新星爆發(fā)的強(qiáng)光的時(shí)間持續(xù)約 .實(shí)際持續(xù)時(shí)間約為 22 個(gè)月, 這怎么解釋 ? 1514-2 邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)原理圖以太風(fēng)GTS地球相對于以太速度：v 光在以太速度：c 光路1光路216 光順著以太風(fēng)方向傳播 光逆著以太風(fēng)方向傳播 往返一次所需時(shí)間： 光路（1）17光路（2）光相對于地球的速度垂直于以太的方向。 往返一次需要時(shí)間 22v-c18因?yàn)橛蓛墒獾墓獬滩睿?將儀器旋轉(zhuǎn)90，光程差將變號，光程改變量為引起的條紋移動：19零結(jié)果！ 光速：所選光波長：地球繞太陽的公轉(zhuǎn)速度：干涉儀臂長約：20 邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)測到以太漂移速度為零

5、,對以太理論是一個(gè)沉重的打擊,被人們稱為是籠罩在19世紀(jì)物理學(xué)上空的一朵烏云.21愛因斯坦 20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家之一, 1905年、1915年先后創(chuàng)立狹義和廣義相對論, 1905年提出了光量子假設(shè), 1921年獲得諾貝爾物理學(xué)獎, 還在量子理論方面有重要貢獻(xiàn) .（1879-1955）22 真空中的光速是常量，沿各個(gè)方向都等于c ，與光源或觀測者的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān).1 相對性原理 物理定律在所有慣性系中都具有相同的表達(dá)形式.2 光速不變原理一狹義相對論的基本原理23 關(guān)鍵概念：相對性和不變性 . 狹義相對論的基本原理與實(shí)驗(yàn)事實(shí)相符合.這兩條基本原理是狹義相對論的基礎(chǔ).241、洛侖茲變換的導(dǎo)出尋找

6、重合兩個(gè)參考系中相應(yīng)的坐標(biāo)值之間的關(guān)系有*事件 P 的時(shí)空坐標(biāo)如圖所示.二 洛倫茲變換式25和的變換基于下列兩點(diǎn)：（1）時(shí)空是均勻的，因此慣性系間的時(shí)空變換應(yīng)該 是線性的。（2）新變換在低速下應(yīng)能退化成伽利略變換。設(shè) 的 變換為：根據(jù)Einstein相對性原理:的 變換為：26原點(diǎn)重合時(shí)，從原點(diǎn)發(fā)出一個(gè)光脈沖，其空間坐標(biāo)為：對 系：對 系：由光速不變原理：相乘(1)27時(shí)間關(guān)系的推導(dǎo)過程見下頁時(shí)間關(guān)系28時(shí)間關(guān)系的推導(dǎo)過程；29二、時(shí)空變換關(guān)系正變換30逆變換31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。2. uc 變換無意義速度有極限323 洛倫茲速度變換式正變換逆變換推導(dǎo)過程見下頁33*洛侖茲速度變換式的推導(dǎo)（1）正負(fù)號 分子和分母上一樣（2）分子和分母上 別的規(guī)律34由洛侖茲變換知35討論光速不變?nèi)缭赟系中沿x方向發(fā)射一光信號,在S系中觀察: 光速在任何慣性系中均為同一常量，利用它可將時(shí)間測量與距離測量聯(lián)系起來.36