高三物理狭义相对论简介

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1、狭义相对论运动学和动力学1在上世纪初，发生了三次概念上的革命，它们深刻地改变了人们对物理世界的了解，这就是狭义相对论（1905）、广义相对论（1916）和量子力学（1925）。21879–1955AlbertEinstein3§1光速不变和爱因斯坦相对性原理§3同时性的相对性和时间延缓§4长度收缩§6洛仑兹协变矢量（补充）§7相对论速度变换狭义相对论运动学§2洛仑兹变换§5因果性的绝对性4§8四维动量质量§10相对论粒子动力学方程§12力的相对论变换§11四维动量守恒和不变量的应用§9质能关系能量—动量关

2、系§13广义相对论简介狭义相对论动力学5陈信义编2005.1狭义相对论（一）相对论运动学6§1光速不变和爱因斯坦相对性原理按照伽利略变换光的传播速度，真的与参考系有关吗？SS'uc火车“追光实验”v'=c-u?7电磁学理论给出真空中电磁波的传播速度为一、光速不变原理其中和都是与参考系无关的常数。真空中光速与参考系无关（即与光源的运动和观察者的运动无关），不服从伽利略变换。1m是光在真空中1/299792458秒内所经过的距离。1983年国际规定：真空中的光速为物理常数81、Michelson-Morlay

3、实验（1881–1887）当时认为光在“以太”（ether）中以速度c传播。实验目的：干涉仪转90°，观测干涉条纹是否移动？实验结果：条纹无移动(零结果)。以太不存在，光速与参考系无关。干涉条纹地球公转二、光速不变原理的实验验证设“以太”相对太阳静止。9地球公转干涉仪转90°后按照伽利略速度变换，时间间隔变成10干涉仪转90°引起时间差的变化为由干涉理论，时间差的变化引起的移动条纹数对于但实验值为与参考系无关。但是，“发射理论”和“以太拖曳假说”似乎还可以维护以太的存在。，这表明以太不存在，光速112、双

4、星观测结果否定发射理论如果光速与光源运动有关因此可能出现，同一时刻观测到同一颗星处于不同位置可见光速与光源运动无关。发射理论是不对的。—从未观测到。AB12周期：AA12同步加速器产生速度为0.99975c的00+沿0运动方向测得的运动速度，与用静止辐射源测得的速度(光速c)极其一致！还有其他实验否定发射理论，例如Phys.Lett.,T.Alvageratal,12(1964)260：结果表明，光速与光源运动无关。下面的恒星光行差现象，可以否定“以太拖曳”假说。133、恒星的光行差（J.

5、Bradley，1727）如果“以太”被地球拖曳，光到地球附近要附加速度u，观察恒星时望远镜不必倾斜。光行差角：恒星地球公转以太拖曳假说也不对!观察恒星时，望远镜必须倾斜。14“还在学生时代，我就在想这个问题了。我知道迈克耳逊实验的奇怪结果。我很快得出结论：如果我们承认麦克尔逊的零结果是事实，那么地球相对以太运动的想法就是错误的。这是引导我走向狭义相对论的最早的想法。”爱因斯坦对麦克尔逊－莫雷实验的评价：15设S系相对S系作匀速直线运动0==ttOO重合时和规定：当OO重合时，和由原点发出闪光。三、光速不

6、变原理的数学表达16因光速与参考系的运动无关，则无论在S系还是在S系中观察，闪光的波前都是球面，球心分别是和，而半径分别等于和。因此，闪光波前的方程应该为17则有令在轴上接收到闪光这一事件的时空关系。光速不变原理数学表达18S系：电力加磁力SuuuqqrS按照伽利略变换：S系：静电力还有一些电磁学规律不服从伽利略变换。按照电磁学：四、爱因斯坦相对性原理例如力与参考系无关力与参考系有关！19修改电磁学定律，还是修改伽利略变换？电磁学定律：实验验证是正确的伽利略变换洛仑兹(Lorentz)变换绝对时空观

7、相对论时空观低速高速伽利略变换：适用于低速情况。高速情况？爱因斯坦：修改伽利略变换20爱因斯坦《论动体的电动力学》1905基本物理规律（包括力学规律）的方程，是洛仑兹变换下的协变式：物理规律（包括力学规律）在一切惯性参考系中都具有相同的形式，即对物理规律来说，一切惯性系都是平等的。不存在任何一个特殊的惯性系，例如绝对静止的惯性系。相对性原理：在洛仑兹变换下，方程的形式不变。21§2洛仑兹变换但洛仑兹导出他的时空变换时却以“以太”存在为前提，并认为只有t才代表真正的时间，而t'只是一个辅助的数学量。光速不

8、变原理和爱因斯坦相对性原理所蕴含的时空观，应该由一个时空变换来表达。早在1899年，洛仑兹就给出了惯性系间的时空变换式，即洛仑兹变换。1905年，爱因斯坦则在全新的物理基础上得到这一变换关系。22事件：任意一个具有确定的发生时间和确定的发生地点的物理现象。一、事件和时空变换如，“一个粒子在某一时刻出现在某一位置”就是一个事件，粒子出现的时刻和位置就构成了该事件的时空坐标。在讨论时空的性质时，我们总是用事件的时空坐标，或用事件的