4-1狭义相对论的基本原理-1

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1、第4章狭义相对论的基本原理狭义相对论的一些结论*广义相对论简介相对论基础Fundamentalsofrelativity狭义相对论(SpecialRelativity)研究:惯性系中物理规律及其变换揭示:时间、空间和运动的关系广义相对论(GeneralRelativity)研究:非惯性系中物理规律及其变换揭示:时间、空间和物质分布的关系相对论基础的主要内容力学相对性原理Mechanicsrelativityprinciple经典力学时空观Space-timeviewofclassicalmechanics狭义相对论的基本假设P

2、ostulatesofspecialrelativity洛仑兹坐标变换Lorentzcoordinatetransformations同时的相对性Relativityofsimultaneity狭义相对论的时空观Space-timeviewofspecialrelativity相对论的动力学基础Dynamicsfoundationofspecialrelativity引言经典物理学的辉煌成就经典力学热力学与统计力学光学电动力学物理学经典物理现代物理力学热学电磁学光学相对论量子论非线性从经典物理学到近代物理过渡时期的重要实验事实迈克

3、尔逊——莫雷实验：否定了绝对参考系的存在；(相对论诞生)经典物理学解释热辐射现象时：出现“紫外灾难”；(量子理论诞生)放射性现象的发现：原子是可分的。光电效应原子的线状光谱瑞利-金斯公式两朵“乌云”迈克尔逊-莫雷实验的零结果“紫外灾难”从16世纪末意大利伽利略创立现代科学研究的方法论开始，经过其后英国牛顿、法拉第、麦克斯韦等科学巨匠的努力，物理学中力学、光学、热学、电磁学等已高度发展，各自建立了完整的体系。在一些科学家眼里，由这些成就构成的清晰画面表明，“物理学的大厦”已经基本建成，虽然大厦上空尚有“黑体辐射”和“迈克耳逊—莫雷实

4、验”两朵“乌云”。英国皇家学会会长开尔文(1824～1907)，于1900年4月27日在英国皇家研究所发表了一篇讲演，题为《在热和光动力理论上空的19世纪乌云》，该讲演认为物理学的大厦已经基本建成，而这两朵乌云可以在20世纪初消失。德国物理学家普朗克(1858～1947)年轻时曾向他的老师、德国物理学家冯·约里(1809～1884)表示要献身物理学，但老师却劝他说：“年轻人，物理学是一门已经完成了的科学，不会再有多大发展了。将一生献给这门科学，太可惜了。”德国物理学家劳厄(1879～1960)、美国物理学家迈克尔逊(1852～19

5、31)等。劳厄说，经典物理和经典力学已“结合成一座具有庄严宏伟的建筑体系和动人心弦的美丽殿室”；而迈克尔逊则说“绝大多数重要的基本原理已经牢固地确立起来了，下一步的发展看来主要是把这些原理认真地利用”。在19世纪末，随着1895年X光、1896年放射性、1897年电子、1898年钋和镭放射性的发现，“原子的大门”已经被打开，原子不可分的观念已经被摧毁，原子物理学——物理的一个重要分支成了一个崭新的研究领域。这时物理学上空已不止是两朵乌云，而是危机四伏.摘自《科学失误故事》，北京出版社出版(1)、热辐射(heatradiation)

6、。任何固体或液体在任何温度下都向外辐射电磁波,这种现象称为热辐射(heatradiation)。　　热辐射的基本特征是向外辐射的电磁波谱与温度密切相关。温度越高，电磁波谱中包含的短波成分越多；温度越低则长波成分越多。如下图所示，固体在不同温度下辐射的谱线颜色不同：实验表明辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强.黑体能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物体称为黑体.（黑体是理想模型）波长逐渐减小0123612345瑞利-金斯公式实验曲线****************黑体辐射的瑞利—金斯公式经典物理的困难瑞利-金斯公式紫外灾

7、难普朗克假设普朗克黑体辐射公式（1900年）普朗克常量能量子为单元来吸收或发射能量.普朗克认为：金属空腔壁中电子的振动可视为一维谐振子，它吸收或者发射电磁辐射能量时，不是过去经典物理认为的那样可以连续的吸收或发射能量，而是以与振子的频率成正比的普朗克黑体辐射公式空腔壁上的带电谐振子吸收或发射能量应为01236瑞利-金斯公式12345普朗克公式的理论曲线实验值****************普朗克黑体辐射公式（2）、放射性的基本概念某些物质的原子核能发生衰变，放出我们肉眼看不见也感觉不到，只能用专门的仪器才能探测到的射线。物质的这种

8、性质叫放射性。衰变方程：1896年发现放射性（3）、光电效应（photoelectriceffect）光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转换成电能。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应（Photoelectriceffe