大学物理相对论讲义

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1、广袤的星空，神秘的宇宙，多少遐想在科学面前成为现实伽利略…牛顿…麦克斯韦…1564-16421642-17221831-1879物理力学电磁学学关键概念热力学的发展1600170018001900以牛顿力学和麦克斯韦电磁场理论为代表的经典物理学，到20世纪初，已经取得了空前的成就。人类对物质世界的认识，已从宏观低速物体的运动规律逐渐扩展到高速传播的电磁波（包括光波）的场物质运动规律。1900年元旦，英国物理学家开尔文男爵的新年祝词中宣称：“在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了”“动力学理论断言，热和光都是运动的方式。但现在

2、这一理论的优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了……”(Thebeautyandclearnessofthedynamicaltheory,whichassertsheatandlighttobemodesofmotion,isatppyresentobscuredbytwoclouds.))第一朵乌云：迈克耳逊-莫雷实验----导致了相对论革命的爆发第二朵乌云：黑体热辐射实验----导致了量子论革命的爆发伽利略…牛顿…麦克斯韦………爱因斯坦1564-16421642-17221831-18791879-1955物相对论量子力学理力学电磁学学关键概

3、念热力学的发展16001700180019002000以牛顿力学和麦克斯韦电磁场理论为代表的经典物理学，到20世纪初，相对论与量子力学的创立是20世纪最伟大的成就，已经取得了空前的成就。人类对物质世界的认识，已从宏观低速物体的运动规律逐渐扩展到高速传播的电磁波这两门学科构成了近代物理学的基础（包括光波）的场物质运动规律。相对论（TheoryofRelativity）包括两大部分：狭义相对论（SpecilRlialRelatiiivity1905年）：它研究高速运动物体在惯性系中运动的规律以及物理量和物理规律在不同惯性系间的变换关系。狭义相对论揭示了时间、空

4、间与运动的关系（局限在惯性参照系的理论）AlbertEinsteinAlbertEinstein广义相对论（generalrelativity）（1915—(1879-1955)—1916年）：它研究在任意参考系中物体运动的规律以及它们在不同参考系之间变换的关系。广义相对论揭示了时间、空间与引力的关系（推广到一般参照系包括引力场在内的理论）。本课主要讨论狭义相对论，重点放在狭义相对论的时空观上。第四章狭义相对论基础主要内容：狭义相对论的基本假设洛仑兹变换同时的相对性运动时钟变慢和长度收缩相对论质量和动量相对论能量§4.1经典力学时空观牛顿运动定律适用的参考

5、系一.伽利略变换(Galileantransformation)在两个惯性系中考察同一物理事件设:惯惯系性系SyySS相对S运动的惯性系Su(匀速直线)t时刻，物体到达P点rProoxxSrx,y,z,tvx,y,z,taaSrx,y,z,tvx,y,z,t该物体在两个惯性系中时空坐标间的变换关系为（伽利略坐标变换）正变换逆变换坐xxutxxut标yyyy变zzzz换tttt速牛顿时空：时间量度正du与参考系无关aa，与空度正vxvxua

6、axxxxdt间无关-----绝对时间变变aavvyy换yyaa换yyu换u是恒量aavvaazz与zzzz加vvuduaa逆xxaa都是惯性系xx速xx变dtvvaa度换yyaayyyy变vzvzaaaazzzz换在两个惯性系中aa二.伽利略相对性原理(Galileanprincipleofrelativity)SFmaFmaSFmaFma质量与运动无关mm在牛顿力学中：力与参考系无关FF宏观低速物体的力学规律在任何惯性系中形式相

7、同或牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变如:动量、能量或牛顿力学规律是伽利略不变式守恒定律,等或牛顿力学规律对一切惯性系是等价的三、经典力学的绝对时空观时空观:有关时间和空间的物理性质的认识.绝对时间：时间量度与参照系无关tt'tt'时间和空间彼此独立xxu'ty'y绝对空间：长度量度与参照系无关zz'222S系rxxyyzz()()()212121S’系x212''()()xxutxu1tx21x222rxxyyzz'('')('')('')r212121时间、长度、质量是绝对的,

8、同时性是绝对的；-----经典力学的绝对时空观§4.2狭义相对论的