狹義相對論的基本原理 洛倫茲變換式.ppt

1、1,作業(yè)：指P142:三.1,三.2,三.4,三.5,三.6, 三.7 預(yù)習(xí)：馬書：P300-315 改錯：（1）指導(dǎo)書：P142（三）4最后一句：將“產(chǎn)生地點離地面的高度”改成：“飛行的距離”。 （2）指導(dǎo)書：P182（二）4 20改為4；P183（二）5 5/3改為3； P183（二）8 0.786c改為0.866c,2,相 對 論,第 十 四 章,3,1905年，26歲的愛因斯坦發(fā)表了5篇著名論文：,2.分子大小的新測定：推導(dǎo)出計算擴散速度的數(shù)學(xué)公式。,3.關(guān)于熱的分子運動論所要求的靜止液體中懸浮小粒子的運動：提供了原子確實存在的證明。,4.論動體的電動力學(xué)：提出時空關(guān)系新理論，被稱為“

2、狹義相對論” 。,5.物體的慣性是否決定其內(nèi)能：建立在狹義相對論基礎(chǔ)上，該文表明質(zhì)量和能量可互換，并推出被稱為改變世界的方程式：E=mc2 。,1.關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個試探性觀點：提出光量子概念，并成功的解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象。,4,相對論由愛因斯坦（Albert Einstein）創(chuàng)立，,狹義相對論（Special Relativity）（1905）,揭示了時間、空間與運動的關(guān)系。,揭示了時間、空間與引力的關(guān)系。,本章重點介紹狹義相對論的時空觀。,它包括了兩大部分：,5,愛因斯坦（Albert Einstein） （18791955） 美籍 德國人 獲1921年諾 貝爾物理獎,6,愛因斯坦,

3、20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家, 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), 并因此于1922年獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎,他還在量子理論方面有重要貢獻 .,（1879-1955）,7,電磁波（包括光）在真空中各方向速率都為 c 。,企圖找到“絕對靜止”參考系的思想實驗：,當(dāng)時人們認為這只對“絕對靜止”參考系(以太)才成立。按照伽利略變換的速度變換公式, 有如下,設(shè) u c ，,19世紀(jì)下半葉，由麥克斯韋電磁場方程組得知：,不同時！,8,1887年，體現(xiàn)上面思想實驗的邁克耳孫莫雷（Michelson-Morlay）實驗卻得到了“零”結(jié)果！,用各種企圖保持絕對參考

4、系的假說來解釋該實驗結(jié)果，均遭到失敗。,地球就是“絕對靜止”的參考系？,典型的假說有：,發(fā)射說和以太拖曳說。,發(fā)射說和以太拖曳說。,9,發(fā)射說：光速要疊加上光源的速度。,射說，,雙星觀測否定了發(fā),即實際上觀測,不到雙星位置的扭曲。,應(yīng)觀察到雙星位置的扭曲,“以太”（ ether）拖曳說：,光在以太（絕對靜止的參照系）中各向速度都是c，而以太又被地球拖著走。,10,實際觀測正上方的星體，望遠,按以太拖曳說，光到地球附近要附加速度u，望遠鏡就不該傾斜了。,鏡必須向地球公轉(zhuǎn)方向傾斜一個,小角度 ，這叫“光行差”現(xiàn)象。,11,1922年愛因斯坦訪日在即席演講中有一段話：,“還在學(xué)生時代，我就在想這個問

5、題了。,當(dāng)時，,我知道邁克耳孫實驗的奇怪結(jié)果。,結(jié)論：,如果我們承認邁克耳孫的零結(jié)果是事實，,那么地球相對以太運動的想法就是錯誤的。,是引導(dǎo)我走向狹義相對論的最早的想法?！?我很快得出,這,即絕對靜止的參考系以太是不存在的！,12,愛因斯坦認為：,在任何慣性系中光速都是各向為c，,物質(zhì)世界的規(guī)律應(yīng)該是和諧,統(tǒng)一的，,麥克斯韋方程組應(yīng)對所有慣性系成立。,這樣就自然,地解釋了邁克耳孫莫雷實驗的零結(jié)果。,實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)! 1978年5月11日光明日報特約評論員文章的標(biāo)題,這個零結(jié)果否定了經(jīng)典力學(xué)的伽利略變換。,13,只有忠實于事實，才能忠實于真理。 周恩來,只有人們的社會實踐，才是人們對于

6、外界認識的真理性的標(biāo)準(zhǔn)。真理的標(biāo)準(zhǔn)只能是社會的實踐。, 毛澤東,14,1905年愛因斯坦在論動體的電動力學(xué),1. 物理規(guī)律對所有慣性系都是一樣的。,2. 任何慣性系中，真空中光的速率都為 c 。,若保持光速不變原理，,這一規(guī)律稱為光速不變原理。,光速不變原理與伽利略變換是彼此矛盾的，,就必須拋棄伽利略變換，,也就是必須拋棄經(jīng)典力學(xué)的絕對時空觀。,一文中提出如下兩條基本原理：,這后來被稱為愛因斯坦相對性原理。,15,1 相對性原理愛因斯坦相對性原理,物理定律在所有慣性系中都具有相同的表達形式.,一狹義相對論的基本原理,相對性原理是力學(xué)相對性原理的推廣.,力學(xué)相對性原理：在任意兩個相互作勻速直線運

7、動的慣性系中,牛頓運動定律具有相同的形式.,16,真空中的光速是常量，沿各個方向都等于c ，與光源或觀測者的運動狀態(tài)無關(guān).,2 光速不變原理,換言之，真空中任何慣性系中，光的速率都是 c ，與光源或觀測者的運動狀態(tài)無關(guān)。,若承認光速不變原理，,光速不變原理與伽利略變換是彼此矛盾的，,就必須拋棄伽利略變換，,也就是必須拋棄經(jīng)典力學(xué)的絕對時空觀。,但它反映了客觀事實。,17,關(guān)鍵概念：相對性和不變性 .,注意到伽利略變換關(guān)系與狹義相對論的基本原理（光速不變原理）不符.,而狹義相對論的基本原理與實驗事實相符合.,這兩條基本原理是狹義相對論的基礎(chǔ).,那么，狹義相對論的變換關(guān)系又該具有什么樣的形式呢？,18,二 洛倫茲變換式,符合相對論理論的時空變換關(guān)系,設(shè) 時， 重合 ; 事件 P 的時空坐標(biāo)如圖所示.,19,1 洛倫茲坐標(biāo)變換式,20,正變換,時, 轉(zhuǎn)換為伽利略變換式.,注 意2,一個新理論的成功，必須滿足三條：能夠包容原有的理論； 被不同的實驗重復(fù)的驗證；能預(yù)言一