狭义相对论基础 1解析.ppt

《狭义相对论基础 1解析.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章狭义相对论基础第一篇力学5.1伽利略变换与力学相对性原理5.2狭义相对论的基本假设与洛伦兹变换5.3狭义相对论的时空观5.4相对论质量、动量和能量爱因斯坦(Einstein)欧洲核子研究中心。图中大环为大型正负电子对撞机LEP，半径4.3Km，其中电子以接近光速运动。左下是飞机场。牛顿力学麦克斯韦电磁场理论热力学与经典统计理论两朵乌云迈克耳逊-莫雷寻找“以太”实验的零结果黑体辐射规律的紫外灾难理论物理学，经典物理学，主要是实验物理学，有生活体验，可以帮助理解和判断。不是对经典物理学的补充，而是全新

2、的理论。20世纪发展起来的理论物理学19世纪末，这三大理论体系都已经成熟，统称为经典物理学狭义相对论量子力学历史上：20世纪初不是对经典物理学的否定，而是涵盖和包括。理论物理学，是以某些理论、观点为基础建立的，其结论许多与生活经验有差异，需要新的实验来验证、判断。一、了解狭义相对论的两个基本假设，理解牛顿力学的时空观和狭义相对论的时空观之间的差异。二、了解洛仑兹坐标变换。教学基本要求三、理解同时的相对性，掌握运动的钟变慢和运动的杆变短的规律。四、掌握质量与速度、质量与能量的关系、动量与能量等的关系。建立

3、狭义相对论的物理思想和逻辑推理方法要注意到狭义相对论的各种结论的验证并非我们的经验所能及。也要认识到运动的描写是相对的——与参考系有关考察同一个质点，分别在两个惯性参考系中描写问题(2)时间长度的测量结果是完全相同的吗？问题(1)所得力学规律的形式是完全相同的吗？1.伽利略变换与绝对时空观S’系S系x=x’+vt’y=y’z=z’t=t’(1)t时刻质点在两参考系下的坐标5.1伽利略变换与力学相对性原理正变换逆变换v为常数根据生活体会，都相同！结论(1)生活中，长度的量度是绝对的。S和S’系中，测量同一

4、物体的长度是相同的结论(2)生活中，时间的量度是绝对的。S和S’系中，时间量度相同。结论(3)生活中，同时性是绝对的。外推，在S系同时发生的两个事件，在S’系中也是同时发生的。牛顿力学中，时间是均匀流逝的，空间是各向同性的；时间、空间互不相干。我们都有体会：称之为：绝对时空速度变换(2)t时刻质点在两参考系下的速度：所以我们说，伽利略变换是绝对时空观的数学表述。对于任何惯性参考系，牛顿定律都成立。在任何惯性系中观察，同一力学现象将按同样的形式发生和演变。2.力学相对性原理由速度变换公式对时间求导结论：在

5、所有惯性系中，力学规律都相同。把坐标变换式对时间求导，且t’=t，得课本式（5-3）（5-4）满足速度叠加原理经典物理学就是这样！球投出前结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球.考察(1)根据伽利略变换，计算球被投出后的瞬间，球所发出的光波到达观察者所需要的时间.球投出后光（电磁波）的运动不遵从伽利略变换！伽利略变换考察(2)1054年，一次超新星爆发，这次爆发的残骸形成了著名的金牛星座的蟹状星云。据记载，从1054年~1056年均能用肉眼观察,特别是开始的23天,白天也能看见。当宇宙中发生超新

6、星爆发时，爆发的物质向四面八方飞散,有些抛射物向着地球运动,金牛座著名的蟹状星云研究超新星爆发过程中光线传播引起疑问据观察，实际持续时间约为22个月。理论计算观察到超新星爆发的强光的时间持续约l=5000光年物质飞散速度ABA点光线到达地球所需时间B点光线到达地球所需时间光（电磁波）的运动不遵从伽利略变换！怎么办？为什么？伽利略变换绝对时空观的特点：(1)长度不变，(2)时间不变，(3)速度相加，(4)质量不变，(5)绝对同时，(6)惯性系中所有力学规律相同。有必要对绝对时空观作修改！(1)从牛顿力学得

7、到——相对性原理对于已经验证的科学事实，我们都应该承认。在所有的惯性系中，力学规律具有相同的形式。(2)从电磁学得到——光速不变原理在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率相同。实际上，电磁场理论：光在真空中的传播速度c恒为常数，与光源的运动无关，与参考系无关。不满足伽利略变换！这是十九世纪末期的物理学现状回顾一下：5.2狭义相对论的基本假设与洛伦兹变换1.狭义相对论的基本假设爱因斯坦，1905年，26岁，《论动体的电动力学》提出：(1)狭义相对性原理一切物理定律在所有相对作匀速直线运动的所有惯性系内均成

8、立。(2)光速不变原理真空中的光速相对于任何惯性系沿任一方向恒为c，并与光源的运动无关。这包括两个意思：光速不随观察者的运动而变化光速不随光源的运动而变化惯性系的等效性真空中光速的普适性P127思考题5-2爱因斯坦的光速不变思想几乎影响了每一个物理量：时间、空间、质量等。2.洛伦兹坐标变换式洛伦兹坐标变换式是关于一个“点”事件在两个惯性系中的时空坐标之间的变换关系。x和x’轴在同一直线上，y和y’轴、z和z’轴相互平行，y’=yz’=z设变