相对论简介力学

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1、普通物理学教程第十二章相对论简介第十二章相对论简介§12.1狭义相对论的历史背景§12.2洛伦兹变换§12.3相对论的速度变换§12.4相对论的动量和能量§12.5广义相对性原理§12.6引力场与弯曲时空第十二章相对论简介目录重点：洛伦兹变换和质能关系定律难点：狭义相对论的时空观。第十二章相对论简介教学重点难点（一）麦克斯韦方程建立引起的问题（二）菲索与迈克耳孙—莫雷实验（三）关于相对性原理的思考第十二章相对论简介§12.1狭义相对论的历史背景§12.1狭义相对论的历史背景机械波的传播介质是弹性连续介质.电磁波的传播介质

2、？——以太(Aether)1865年麦克斯韦预言了电磁波的存在.麦克斯韦方程不具备伽利略变换的不变性.以太是否存在？第十二章相对论简介（一）麦克斯韦方程建立引起的问题1.菲索实验（流水对光速影响实验）BMSBOIMMv由经典理论,由B处分成的两束光回至B处时间差为第十二章相对论简介（二）菲索与迈克耳孙——莫雷实验水速v<

3、地)相对绝对系v,(可测)(已知)(推知)利用干涉条纹移动测c.第十二章相对论简介地球相对以太的速度（公转速度）M1M2*STG干涉条纹光沿①(GM2)往返一次的时间为第十二章相对论简介往2返21llGTc-vc+v221M1M2光沿②往返一次的时间为第十二章相对论简介将干涉仪转90，得实验结果：无条纹的移动.时间差的改变，对应光程差的改变，从而引起干涉条纹的移动.迈克耳孙－莫雷实验否定了“以太”的存在.第十二章相对论简介经典力学是建立在绝对时空观的基之上.爱因斯坦建立了相对论时空观.第十二章相对论简介（三）关于相对

4、性原理的思考（一）狭义相对论的基本假设（二）洛伦兹变换（三）洛伦兹变换蕴含的时空观（四）尺缩钟慢的实验检验第十二章相对论简介§12.2洛伦兹变换§12.2洛伦兹变换物理定律在所有惯性系中都是同形的，因此各个惯性系中都是等价的，不存在特殊的绝对惯性系.1.相对性原理或：物理定律在所有惯性系中具有数学形式不变性，即协变性.所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值c.2.光速不变原理第十二章相对论简介（一）狭义相对论的基本假设洛伦兹变换——新的时空变换关系,该变换满足：（1）光速不变原理和狭义相对性原理;（2）当物体运

5、动速率远小于真空中的光速时，新的变换关系能使伽利略变换重新成立.yzxOSSxyzOyzxOSSxyzO第十二章相对论简介（二）洛伦兹变换对于S系而言，其波面(波前)到达(x，y，z)处所需时间为：对于系而言，其波面（波前）到达处所需时间，根据光速不变原理得第十二章相对论简介根据相对性原理知，新的时空关系必须是线性的，这样才能保证在S系的匀速直线运动，在S系也是匀速直线运动，可推导得时空坐标的洛伦兹变换时空坐标的洛伦兹逆变换其中第十二章相对论简介说明:(1)若u>c，无意义。

6、u

7、c光速是

8、物体运动的极限速度.(3)若

9、u

10、<

11、定,u为x方向,棒相对于S的长度为在S上观察，必须同时测出棒各端点坐标，SSxyzl第十二章相对论简介注意：长度的缩短是相对的.对给定的杆,在相对于它静止的坐标系中，长度最大.3.运动的时钟变慢设在S系中同一地点x=处发生二个事件的时间间隔为在S上看，二事件发生于t1和t2，相隔第十二章相对论简介即运动时大于固有时，或说运动的时钟变慢了.第十二章相对论简介[例题1]有文献报道在高为1981m的山顶上测得563个子进入大气层,在海平面测得408个.示意如图12.5.已知子下降速率为0.995c，c表示真空中光

12、速.试解释上述测得结果.[解]子速率已达0.995c,非常接近光速,应用相对论.但为了与经典观点比较,先按经典的时空观求解,按非相对论时空观，时间是绝对的,因而子运动时和静止的半衰期相同,即亦为0.子降落时间为t=1981/0.995c第十二章相对论简介（四）尺缩钟慢的实验检验即仅有27个子到达海平面,与实