大学物理课件 狭义相对论基础1

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1、第四章狭义相对论基础(1)关于相对论，你第一印象通常是∙∙∙∙∙∙？有点难！抽象，费解，∙∙∙∙∙∙与现实的距离多远？重要意义：狭义相对论建立了新的时空观！时空对称性；同时的相对性，长度收缩，时间膨胀E=mc2狭义相对论博士论文获诺贝尔奖之作导致Perrin获诺贝尔奖1905776次121次423次1625次1672次hpying@zju.edu.cn§4-1伽利略相对性原理经典力学的时空观事件：某一时刻发生在某一空间位置的客观现象。（参考系S，空间r，时间t）方案:该事件在两组时空坐标之间的坐标变换关系→→不同观察者对于同一事件的观

2、察结果。问题:在两个惯性系中考察同一物理事件的运动规律之联系？(实验室参考系S与运动参考系S'）1.伽利略相对性原理两个参考系（S,S'）or（K,K'）重合时，计时开始；伽利略相对性原理S与S'分量平行，且S'沿x正方向运动。事件：t时刻，物体到达P点伽利略变换伽利略相对性原理变换分量式速度变换？按定义计算正变换逆变换？(左+)→(右-)伽利略相对性原理加速度变换？正变换下伽利略相对性原理从而，在两个惯性系中:问题:牛顿力学中力及质量与参考系是否有关系?伽利略相对性原理伽利略相对性原理:宏观低速物体的力学规律在任何惯性系中形式相同.

3、答:力的相互作用是客观的，应与参考系无关。根据伽利略变换，加速度在不同的惯性系相等。从而，质量的测量也与运动无关。（1）同时的绝对性在某一参照系中，在另一参照系中，两个事件也一定同时发生因此，同时性与参考系选择无关。2.经典力学时空观（2）时间间隔的测量是绝对的经典力学时空观因此，事件的时间间隔的测量与参考系选择无关。经典力学时空观当杆的方向沿轴方向时，长度是杆的两端点的坐标差。（3）长度测量的绝对性问：两端点可以不同时测量吗？SYes;S'No！运动系中同时测量√伽利略变换:经典力学时空观运动系中不同时测X绝对性！(A)速度合成中的

4、困难（1）如果抛球的速度大于光速，观察者O将看到：因果关系被破坏1、经典力学面临的困难：（光速）§4-2狭义相对论基本原理（2）1000余年前的一次非常著名超新星爆炸，前后历时22个月。其残骸形成金牛座中的蟹状星云。若光速符合经典的速度合成律，则地面将持续25年可观察到超新星爆发所发出的强光。(B)寻找“以太”的尝试1861年Maxwell理论预言了电磁波的存在，并导出电磁波在真空中的传播速度c，却没有指明相对哪个参考系。人们认为，电磁波在“以太”中传播，在相对于“以太”静止的参照系中传播速度是c.迈克尔逊-莫雷实验和它的零结果。预期

5、的“干涉条纹”移动没有被观察到。表明了“以太”不存在。(C)电磁学定律不满足伽利略相对性原理(D)能量来自何方?（1）相对性原理只适用于力学定律，不适用于电磁学定律→通过测光速来寻找绝对参考系。（2）相对性原理应当适用于电磁学定律，若伽利略变换式仍然正确，则电磁学定律要修改。（3）相对性原理应当适用于电磁学定律，且电磁学定律是正确的，故必须修改伽利略变换。解决困难的几种可能爱因斯坦认为：必须修改伽利略变换！2.狭义相对论的基本原理1、一切物理规律在任何惯性系中形式相同——相对性原理2、光在真空中的速度与发射体的运动状态无关——光速不变

6、原理3.洛仑兹坐标变换问题起点：寻找对同一客观事件，两个参考系的坐标值变换关系重合，且在此发出闪光。经一段时间光传到P点（事件）在约定的系统中，洛仑兹变换的一个推导由光速不变原理:由坐标“零点”变换关系导出：k代入(1)式得到(x,x')变换关系；再(1)代(2)中得到(t,t')变换关系。(1)乘以(2)，并代入(3)、(4)。可以得到系数:正变换洛仑兹变换洛仑兹坐标变换式令则有正变换:逆变换：洛仑兹变换正变换讨论伽利略变换2)u«c,1变换无意义，速度有极限!洛仑兹变换1)时间t’与x,t和u均有关，-----即时空坐标对称性

7、；新理论体系旧理论体系例题4-1:甲乙两人分别乘飞行器沿X轴作相对运动。甲测得两个事件的时空坐标为x1=6104m，y1=z1=0，t1=210-4s；x2=12104m，y2=z2=0，t2=110-4s。若是乙测得这两个事件同时发生于t'时刻，问：洛仑兹变换解：（1）设乙对甲的速度为u，由洛仑兹变换（1）乙相对于甲的运动速度是多少？（2）乙所测得的两个事件的空间间隔是多少？hpying@zju.edu.cn可知,乙所测得的时间间隔:按题意,代入数据，有洛仑兹变换hpying@zju.edu.cn解得乙对甲的速度为:(2)根

8、据洛仑兹变换:可知,乙所测得的空间间隔:洛仑兹变换hpying@zju.edu.cn第四次相对论作业(1)作业：4-14-24-34-4