第11章 相对论

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1、1.张三慧主编,大学物理学(1～5册).清华大学出版社2.程守诛,江之永主编,普通物理学(1～3册).高等教育出版社3.(美)D.哈里德,R.瑞斯尼克著,物理学(一、二卷).科学出版社4.YoungHD.UniversityPhysics.8thed.NewYork,Addison-WesleyPublishingCompany,1992参考书:E-mail:zsb1959@tom.com狭义相对论(SpecialRelativity)前言经典力学是宏观物体在低速(即远小于光速c)范围内运动规律的总结,它认为时间和空间的量度与参照系无关。当物体的速度接近光速时,经典力学

2、中的绝对时空观就不再正确。取而代之的理论就是爱因斯坦(EinsteinA.)建立的相对论力学。它给出了高速物体的力学规律,并从根本上改变了许多世纪以来所形成的有关时间、空间和运动的陈旧概念,建立了新的时空观,揭示了质量和能量的内在联系。尽管它的一些概念与结论和人们的日常生活大相径庭,但它已被大量事实证明是正确的理论。相对论是20世纪初取得的伟大成就,它和量子力学一起构成了近代物理。(1)目录§11.1狭义相对论的基本原理§11.2洛仑兹变换§11.3狭义相对论的运动学效应§11.4狭义相对论动力学关系第11章狭义相对论力学基础(TheMechanicalFoundati

3、onofSpecialRelativity)(2)(3)(4)爱因斯坦(EinsteinA.,1879-1955)名言:没有宗教的科学是瞎子,没有科学的宗教是瘸子。真正有价值的东西,来源于对人类和客观事物的热爱。这些不是相对论！经典力学:研究质量不太小,速度不很大的物体运动规律狭义相对论(Specialrelativity):广义相对论(Generalrelativity):狭义相对论主要内容:建立新的时空观;建立高速运动物体的规律;揭示质量与能量的内在联系。(5)相对论:关于时空观及时空与物质关系的理论。研究惯性系中高速运动物体的规律。研究非惯性系中高速运动物体的规律

4、。§11.1狭义相对论的基本原理(theBasicPrincipleofSpecialRelativity)11.1.1绝对时空观和伽利略变换11.1.2爱因斯坦相对性原理和光速不变原理(6)11.1.1绝对时空观和伽利略变换(theAbsoluteSpace-timeViewandGalileanTransformation1.明确两个概念事件位置和时间的测量:(1)事件:是指某时刻在空间某一位置发生的某件事。事件发生的时刻和位置,称为事件的时空坐标。S系和S'系用固连于各自的尺度和一系列校准好而同步的钟来测量位置和时间。(7)一个爆炸事件P(x,y,z,t)(x',

5、y',z',t')事件的过程可以看成由一系列事件构成。zSxyS'x'y'z'(2)时空变换:是指同一事件在两个惯性系中的时空坐标(x,y,z,t)和(x',y',z',t')之间的变换关系。研究两个问题:相对不同的惯性系,时间和长度的量度是否一样?相对不同的惯性系,力学定律的形式是否一样?3.牛顿相对性原理(又叫力学相对性原理)对所有的惯性系力学现象遵从同样的规律。(8)2.绝对时空观(absolutespace-timeview)绝对时间(absolutetime):时间量度与参照系无关。绝对空间(absolutespace):长度量度与参照系无关。绝对时空观:两事

6、件的时间间隔和空间间隔与物体运动无关(与参照系无关),具有绝对的意义。4.伽利略变换(简称“GT”)(1)伽利略坐标变换:xyzoS(10)uS'y'z'x'o'·P设t=t'=0时o与o'重合。一事件P,在S系和S'系中的位矢分别为r和r',时空坐标分别为(x,y,z,t)和(x',y',z',t')上式称为伽利略坐标变换,它表达了绝对时空观的时空变换性质。(2)伽利略速度变换:(11)(3)加速度变换:同一质点的加速度在不同惯性系中测得结果一致。上式分别对t,t'求导得11.1.2爱因斯坦相对性原理和光速不变原理(EinsteinRelativityPrincipl

7、eandPrincipleofConstancyofLightVelocity)(12)设S系中光速为c,按“GT”,S'系中光速:迈克尔逊-莫雷实验的零结果证明c'=c光速与参照系和运动无关电磁学中,由麦克斯韦方程组,可得电磁波在真空中的光速:光速c引起的思考xyzoSuS'y'z'x'o'cc'=c–u光速与参照系和运动有关baAC天文上的双星实验因星星离我们很远,就可能出现当从a点发出的光到达地球时,b点发出的光也赶到地球,这样就可以同时在空中看到两个A星,这种时隐时现的星称为“魅星”,至今尚未观察到“魅星”现象。(13)1.爱