狭义相对论课件1.ppt

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1、本章题头狭义相对论第五章ofrelativityspecialtheorychapter6chapter5本章的基本问题:1、经典时空观的内容是什么?2、爱因斯坦为什么要提出新时空观？3、新时空观又有那些内容？4、根据新时空观可以推出哪些重要结论？经典时空观认为时间和空间是独立变化的参量，时间和空间的测量与观察者的运动没有关系。时间、空间、运动在经典时空中是分割的，没有体现出他们的联系,质量是和运动无关的常量。5.1历史背景历史背景1、经典时空观的内容是什么?不同参照系中时间间隔和空间隔分别相等在两个惯性参考系（相互为匀速直线运动的参考系）S’和S中观察两个物理事件的时间间隔和空间间隔：

2、谁是谁非如：牛顿定律力学规律在系观察在系观察在一切惯性系中，力学规律相同。称为伽利略相对性原理电磁学规律若处有两个电荷对系，电荷间的相互作用为静电力。对系，是两个运动电荷，还有磁力作用。规律不相同若处有一光源，迎着发射光波（电磁波）对光速对光速无实验根据自洽不自洽谁是谁非难以判断伽利略变换有一对带正电的粒子在实验室中静止，其间距为d，实验室中静止的观察者看来，每个粒子受到一个电斥力，没有磁力存在，另一个以速度向右匀速运动的观察者看来，每个粒子相对他在运动，因此它们之间除了电斥力外，还应有相互吸引的磁力。如果作用在q’上的合力，对两个观察者而言是相同的，那么，因为电斥力一定比大；若进一步认

3、为电荷是不变的，则两个观察者看到的电场必定不相等。经典时空观失败2伽利略变换在光现象中失败19世纪末，麦克斯韦建立了电磁场理论,并预言电磁波的存在,证明了电磁波在真空中以光速10传播.按伽利略变换的观点,在两个相对运动的参考系中测得的真空光速是不同的爱因斯坦对此问题作了深入研究,大胆抛弃经典时空观,提出了两条假说,作为狭义相对论的两条基本原理伽利略变换在解释当时许多重要的光现象中失败例如著名的天文现象观测(如双星运行周期观测)企图寻找以太的精密光学干涉实验(迈克耳孙-莫雷实验)按伽利略变换计算的周期与实际观测结果不符.也从来没有观测到伽利略变换预言的亮弧现象.按伽利略变换计算干涉条纹会发

4、生移动.但一年四季反复精密观测,没有观测到预期的干涉条纹移动.迈-莫实验以太光对地球光对以太地球对以太若能用实验证明光波对地球的相对运动符合上述规律，则地球对以太的绝对运动将被证实，“以太”观点成立。迈克耳孙设计了一种检验方法根据“以太”观点，充满宇宙的“以太”是一切运动的绝对参考系。光波靠“以太”传播，光对“以太”的绝对速度为。若在地球上固定一光源，按伽利略的速度合成法则，地球对以太的绝对运动必满足：或迈克耳孙莫雷实验寻找“以太”失败实例R若能用实验证明光波对地球的相对运动符合上述规律，则地球对以太的绝对运动将被证实，“以太”观点成立。迈克耳孙设计了一种检验方法：根据“以太”观点，充满

5、宇宙的“以太”是一切运动的绝对参考系。光波靠“以太”传播，光对“以太”的绝对速度为。若在地球上固定一光源，按伽利略的速度合成法则，地球对以太的绝对运动必满足：或迈克耳孙莫雷实验寻找“以太”失败实例以太光对地球光对以太地球对以太续8地球光对以太地球对以太光对地球底盘镜镜玻片11m臂长l=590nm迈克耳孙干涉仪观察记录干涉条纹迈克耳孙莫雷实验假如存在“以太”，的大小必与传播方向有关。绕中心O转动干涉仪，两臂光程差必改变，干涉条纹必有移动。干涉仪转过90°，两臂位置取向互换，光程差改变达极大，条纹移动量亦达极大。相对速率若“以太”观点成立，预期有0.4根条纹移动量。（仪器的灵敏度，可判断0.

6、01根条纹的移动量）。30km/s地球绝对速度属假设。在估算干涉条纹移动量时用地球的公转速度。这并不影响实验原理。实测结果经过不同季节、不同时间的反复仔细观测记录，没有发现预期的条纹移动。在历史上曾被称为有关寻找“以太”著名的“零结果”。寻找“以太”失败实例地球底盘镜镜玻片迈克耳孙干涉仪观察记录干涉条纹相对速率地球底盘镜镜玻片11m臂长l=590nm迈克耳孙干涉仪观察记录干涉条纹相对速率双星周期的测量:•伴星B绕A,B的质心旋转。按伽利略变换地球S上测得双星的半周期在伽利略变换下应为•因此测全周期应为！？伽利略变换值得怀疑！如果认为光速与光源（或接收器）是否运动没有关系，问题便得以解决。

7、若直接测全周期双星周期的测量再一次证实了光速不变性，肯定了伽利略变换式必须修改！面对电磁学规律不满足伽利略相对性原理有三条路1)坚持经典时空观,但对电磁学规律进行修正发射假设2)伽利略变换作修正洛仑兹:收缩假设3)建立全新的时空观爱因斯坦:狭义相对论拖带理论:为解释迈克耳逊干涉实验的结果,有人提出,由于以太很轻,所以地球在自转时带着以太一起运动,因而它们相对静止,所以观察不到相对以太的运动.拖带理论发射假设:有人提出光相对于光源的速