大學(xué)物理122狹義相對論時(shí)空觀

12.2.1狹義相對論產(chǎn)生的歷史背景

“以太”是幾乎沒有質(zhì)量而具有很強(qiáng)剛性的媒質(zhì)。機(jī)械波媒質(zhì)電磁波“以太”邁克耳孫－莫雷實(shí)驗(yàn)也否定了“以太”的存在。狹義相對論是關(guān)于高速情況下的時(shí)空觀理論；廣義相對論是關(guān)于引力和時(shí)空結(jié)構(gòu)的理論．狹義相對論適用于一切慣性參考系，而廣義相對論適用于一切參考系．

20世紀(jì)以后的力學(xué)稱之相對論力學(xué)．它的應(yīng)用范圍為高速（接近光速）；認(rèn)為質(zhì)量隨速率而變化．相對論力學(xué):經(jīng)典力學(xué):

19世紀(jì)末20世紀(jì)初以前的力學(xué)稱之為經(jīng)典力學(xué)．它的應(yīng)用范圍為低速；認(rèn)為質(zhì)量是不隨速率變化的常量．經(jīng)典力學(xué)和相對論力學(xué)的關(guān)系:當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于光速時(shí)，相對論力學(xué)過渡到經(jīng)典力學(xué)．經(jīng)典力學(xué)是相對論力學(xué)的一種特例或近似．12.2.2狹義相對論的基本原理

在所有的慣性系中，光在真空中的傳播速率具有相同值，與光源或觀察者的運(yùn)動(dòng)無關(guān)．2.光速不變原理1.相對性原理所有慣性系對一切物理定律都是等價(jià)的．或者說，在所有慣性系中，物理定律都有相同的形式．12.2.3洛侖茲坐標(biāo)變換

荷蘭物理學(xué)家洛侖茲在研究高速運(yùn)動(dòng)電荷的電磁現(xiàn)象時(shí)曾作為一種假設(shè)而提出這一套變換式，故稱為洛侖茲坐標(biāo)變換式，但洛侖茲本人未能對變換式給出科學(xué)的解釋．從愛因斯坦狹義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)出發(fā)，可導(dǎo)出洛倫茲變換式．正變換逆變換洛倫茲時(shí)空坐標(biāo)變換伽利略坐標(biāo)變換注意

（1）同一事件在不同慣性系中的時(shí)間坐標(biāo)不同，而且時(shí)間坐標(biāo)和空間坐標(biāo)有密切聯(lián)系，時(shí)間和空間不是彼此獨(dú)立的，這與伽利略坐標(biāo)變換不同．（2）當(dāng)時(shí)，洛侖茲坐標(biāo)變換與伽利略坐標(biāo)變換趨于一致，這表明伽利略坐標(biāo)變換是洛侖茲坐標(biāo)變換在低速條件下的近似．

（3）真空中的光速是一切物體運(yùn)動(dòng)速率的極限．12.2.4狹義相對論時(shí)空觀

1.同時(shí)的相對性系中觀察到同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件和，時(shí)空坐標(biāo)分別為和，這兩個(gè)事件在系中的時(shí)空坐標(biāo)是和．根據(jù)洛侖茲坐標(biāo)變換在系中同一地點(diǎn)（）同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在系也是同時(shí)的（）；在系中同時(shí)異地（）發(fā)生的兩個(gè)事件，在系中觀測并不同時(shí)的（）.2.長度收縮效應(yīng)在系測得此棒的靜止長度（又稱固有長度）為.對和的測量可以是同時(shí)，也可以是不同時(shí)．在系測得此棒的運(yùn)動(dòng)長度為，和是在系中同一時(shí)刻測得的棒的兩端點(diǎn)坐標(biāo)．運(yùn)動(dòng)物體在運(yùn)動(dòng)方向上的長度縮短為靜止長度的分之一，稱為長度收縮效應(yīng).長度收縮只發(fā)生在相對運(yùn)動(dòng)的方向上，垂直于運(yùn)動(dòng)方向上的長度不變．例1設(shè)宇宙飛船上有一天線，長,以角伸出宇宙飛船體外．宇宙飛船沿水平方向以的速度飛行．問：地面上的觀測者測得這天線的長度與宇宙飛船的夾角各是多少？解3.時(shí)間膨脹效應(yīng)把某慣性系中在同一地點(diǎn)先后發(fā)生的兩個(gè)事件的時(shí)間間隔稱為固有時(shí)間.設(shè)系中同一地點(diǎn)先后發(fā)生了兩個(gè)事件，兩個(gè)事件在系中的時(shí)空坐標(biāo)為（，）和（，），在系中的時(shí)空坐標(biāo)為（，）和（，）．在系中觀測，這兩個(gè)事件發(fā)生在同一地點(diǎn)，其時(shí)間間隔為固有時(shí)間，．在系中觀測，這兩個(gè)事件的時(shí)間間隔.注意：時(shí)間膨脹或時(shí)鐘變慢完全來自相對論性時(shí)空效應(yīng)，與鐘表的具體運(yùn)轉(zhuǎn)無關(guān)，并且不僅對時(shí)鐘（包括擺的振動(dòng)周期和晶體振蕩的頻率等）如此，對一切生長變化的過程（如心跳等）也是如此．例2

帶電介子（或）靜止時(shí)的平均壽命是，某加速器射出的帶電