相对论相对论

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1、相对论8/29/20211本章内容简介狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本假设时空观洛仑兹变化狭义相对论的实验检验广义相对论的简单介绍8/29/20212一、相对性二、牛顿力学的相对性原理和伽利略变换三、爱因斯坦的狭义相对论的两个基本假设第一节狭义相对性原理8/29/20213A君说：头朝上。但，A君看B君，B头朝下！如：什么是上？下？科学的语言必须准确！上、下可用物理规律来表述B君也说：头朝上。相对性下：重力加速度的方向A君B君8/29/20214（一）已经了解的相对性运动描述与参考系有关,运动规律与参考系无关。对牛顿定律的认识(惯性系与非惯性系)一

2、、相对性（二）进一步认识相对性认识论的问题:教育人们要脱离自我,客观地看问题。相对性问题的核心是：物理规律是客观存在的，与参考系无关。即参考系平权，没有特殊的参考系。8/29/20215哥白尼:抛弃地心说——抛弃以我为中心爱因斯坦:提出所有的参考系平权：惯性系，非惯性系平权一切物理规律在任何参照系中形式相同.牛顿:力学规律在任何惯性系中形式相同.一切物理规律在任何惯性系中形式相同.牛顿的相对性原理狭义相对性原理广义相对性原理（三）历史:从哥白尼到爱因斯坦8/29/20216（四）学习本章的正确态度1)超越自我认识的局限2)自觉摆脱经验的束缚--以事实为

3、依据二、牛顿力学的相对性原理和伽利略变换研究的问题:在两个惯性系中考察同一物理事件.实验室参考系运动参考系牛顿力学的绝对时空：长度和时间的测量与参照系无关。8/29/20217伽利略相对性原理：一切惯性系中力学规律相同。ut一切惯性系中，测量某质点加速度（或力）相同。伽利略变换两个惯性系之间的坐标变换：设S系静止，S’系相对于S系作匀速直线运动。(一)牛顿定律只在惯性系成立;(二)惯性系之间的坐标变换满足伽利略变换8/29/20218Vt牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变。两个事件A和B之间的时间间隔:一个惯性系同时发生的事件在所用惯性系都是同时.不同

4、惯性系作长度测量得到同样结果.两点之间的空间间隔:若在同一时刻测量:8/29/20219一维真空平面电磁波波动方程:问题：在一切惯性系中，其它的物理规律，比如电磁学规律是否也是相同的呢?或问:伽利略相对性原理仅对力学才成立?还是一个普适的原理呢?在S系两静止电荷只有静电力，而在S’系（相对S系匀速运动u）看来除了静电力以外，还有磁力，且磁力大小与速度u相关。电磁理论不能在伽利略变换下保持形式不变.8/29/202110解决这一矛盾:3.Maxwell方程和伽利略变换都成立，但Maxwell理论和光速C对特殊惯性系（绝对静止）成立。*1904.5洛仑兹提

5、出长度收缩假设.——走到了相对论的边缘。Michlson和Maylor寻找以太实验否定以太的存在。——开尔文称之为两朵乌云之一。**1905爱因斯坦提出狭义相对论。1.相对性原理只适用于力学规律，不能推广；宇宙存在一个绝对的惯性系（以太）2.Maxwell电磁理论需要修改；8/29/202111三、狭义相对性原理(1)相对性原理：物理定律在所有惯性系中都相同；(2)光速不变原理：在所有惯性系，真空中光速都是C。1964W.Bertozzi加速电子，电场和速度：0.99999999995CC=299792458m/suMeV光速不变原理：在真空中，不论是

6、一匀速运动的光源所发出的光，还是静止光源所发出的光，其速度都为C。1964CERN（欧洲粒子物理实验室）：0.99975C的p介子，g射线速度与相对实验室静止的p介子发出的g射线速度相同。8/29/202112双星周期的测量双星周期测量AB整周期测量：半周期测量：光速与参考系以及观测者的运动无关，与光源的传播方向无关。8/29/202113第二节时空观和时空几何事件（event）：灯的开、关；两粒子的碰撞；光过某点；爆炸……;事件的测量需要空间和时间。空间坐标：观测者参考系坐标；时间坐标：钟；时空坐标：空间坐标+钟一、牛顿的时空观Vt8/29/2021

7、14欧几里德空间线元：ds牛顿的时空间：伽利略变化：几何上的空间平移变换。欧氏空间满足：坐标平移、旋转、反演不变性。几何量时空的不对称性；时空的绝对性；时空几何的欧几里德性Vt8/29/202115二、狭义相对论的时空观光速不变原理：定义时空间隔（线元）的平方结论：惯性系中时空间隔的平方ds2是一个不变量。rictop闵可夫斯基空间：时间为虚轴的时空间.相对性1相对性28/29/202116x’xictoict’SS’u1.两惯性系S和S’之间的变换1).坐标变换是线性变换2).S’系的原点在S系中的坐标为(x,t)，该点在S系看来是以速度u朝正向运行

8、3).S系的原点在S’系中的坐标为(x’,t’)，该点在S’系看来是以速度u朝负向运行（y’=