第8章 狭义相对论.ppt

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1、第八章狭义相对论相对论的创建是二十世纪物理学最伟大的成就之一。1905年爱因斯坦建立了基于惯性参考系的时间、空间、运动及其相互关系的物理新理论—狭义相对论。1915年爱因斯坦又将狭义相对论原理向非惯性系进行推广，建立了广义相对论，进一步揭示了时间、空间、物质、运动和引力之间的统一性质。本章重点介绍狭义相对论的基本原理。历史背景伽利略（1564-1642）牛顿（1642-1722）麦克斯韦（1831-1879）………物理学关键概念的发展1600190018001700力学热力学电磁学2000相对论量子力学爱因

2、斯坦（1879-1955）……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。随着对物质运动多样性的认识范围逐步扩大和深入的同时，也引起了对物质运动统一性问题的思考。1900年，著名物理学家开尔文在元旦献词中的名言：“在物理学的天空，一切都已明朗洁净了，只剩下两朵乌云，一朵与麦克耳孙-莫雷实验（寻找“以太”）有关，另一朵与黑体辐射有关。”但他却没有料到，这两朵小小的乌

3、云正孕育着一场暴风雨，并促成了近代物理学的两大理论支柱相对论和量子力学的诞生。NanjingUniversityofInformationScience&Technology第八章狭义相对论§8-1狭义相对论的基本原理§8-2狭义相对论的时空观§8-3狭义相对论动力学§8-1狭义相对论的基本原理一、伽利略变换（G-T）与经典时空观念对于任何惯性参照系,牛顿力学的规律都具有相同的形式.这就是经典力学的相对性原理.相对于不同的参考系,经典力学定律的形式是完全一样的吗？牛顿力学的回答:伽利略变换（G-T）(Gal

4、ileantransformation)t时刻，物体到达P点Pv::设惯性系以匀速u沿方向相对惯性系运动，重合，时方向平行。1.时空坐标变换正变换逆变换2.速度变换正变换逆变换速度变换矢量式：3.加速度变换正变换逆变换常量，∵u=加速度变换矢量式：∴系都是惯性系。系和S伽利略变换式中t=t，表示在所有惯性系中时间是相同的，即时间与参考系的运动状态无关，时间是绝对的。在所有惯性系中时间间隔也是相同的，t=t,即在伽利略变换下时间间隔是绝对的。1.绝对时间间隔经典力学的时空观经典力学认为时间的测量和运动

5、无关，★即：时间间隔是一个不变量。表示在所有惯性系中，任意确定时刻空间两点间的长度都是相同的，空间长度与参考系的运动状态无关，即空间长度是绝对的。伽利略变换中还有一个不变量，即任意确定时刻，空间两点间的长度对所有惯性系是不变的。在同一时刻，空间两点间的长度在两个惯性系中为由G-T变换容易证明2.绝对空间间隔可见，在伽利略变换下时间和空间均与参考系的运动状态无关，时间和空间之间是不相联系的，是绝对的，这就是经典的时空观念。经典力学绝对时空观空间间隔和时间间隔对一切惯性系的观察者相同，与观察者及惯性系的运动无关

6、，空间间隔与时间间隔相互独立。用牛顿的话说：“绝对的真实的数学空间，就其本质而言，是永远均匀地流逝着、与任何外界事物无关的，它从不运动，并且永远不变。”或者说★牛顿力学相对性原理—如果把随惯性系而变看成是“相对”的，把不随惯性系而变看成是“绝对”的，那么经典力学中：物体的坐标、速度、“同一地点”是相对的。空间和时间是相互独立的、互不相关的，并且独立于运动之外；质量是和运动无关的常量。绝对时空观在经典力学中，长度、时间及质量都是和运动无关的量，是一个不变量。力学相对性原理在两相互作匀速直线运动的惯性系中，牛顿

7、运动定律具有相同的形式.二、狭义相对论产生的背景和条件经典力学和机械论19世纪统治了物理学界，突出表现为：但光波速度如此大，以太若可以传播光波，其弹性模量就必然很大，弹性极高，不可能感受不到。2、根据麦克斯韦方程组，可得到真空中光速以普适恒量C的形式出现，但这与伽利略变换和经典力学绝对时空观是矛盾的。麦克斯韦电磁场方程组不服从伽利略变换。1、“以太假说”，假设整个宇宙都充满着一种绝对静止的特殊媒质——“以太”（ether,又称能媒）。以太是包括光波在内的电磁波传播的的弹性介质，以太充满整个宇宙。迈克尔逊-莫

8、雷实验迈克尔孙—莫雷实验为了测量地球相对于“以太”的运动,1881年迈克尔孙用他自制的干涉仪进行测量,没有结果.1887年他与莫雷以更高的精度重新做了此类实验,仍得到零结果,即未观测到地球相对“以太”的运动.目的：检测“以太风”GM1M2TGM1GGM2GGM2M2GM2M1GT设“以太”参考系为S系，实验室为系（从系看）人们为维护“以太”观念作了种种努力，提出了各种理论，但这些理论或与天文观察，或与其它的实验相