狭义相对论简介（2012）.ppt

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1、第六章狭义相对论运动学（SpecialRelativity）§6.1爱因斯坦相对性原理和光速不变原理§6.2同时性的相对性和时间延缓§6.3长度缩短§6.4洛仑兹变换§6.5相对论速度变换1§6.1爱因斯坦相对性原理和光速不变原理（Einsteinsprincipleofrelativityandprincipleofconstantspeedoflight）22萨尔维阿蒂的大船Salviati'sship3一、牛顿相对性原理（力学相对性原理）：且与O重合时，，。yzxo.P(x,y,z,t)4空间的绝对性伽里略变换yzxo.P(x,y,z,t)速

2、度关系：位移关系：位矢关系：5对时间求导，得伽里略速度变换6A、超新星爆发和光速《宋会要》记载了一次超新星的爆发，现可推算当时“蟹状星云”因爆炸膨胀速率为1500km/s，星云距地球5千光年，按记载爆发时间持续两年。BAcc+V地球《宋会要》记载了一次超新星的爆发,爆发出现在1054年5月，在开始的二十三天中这颗超新星非常亮，白天也能在天空上看到它。随后逐渐变暗，1056年三月，才不能为肉眼看见，前后历时二十二个月。二、牛顿力学的困难7BAcc+V地球A点爆炸物发出的光相对于地球的速度：c+VB点爆炸物发出的光相对于地球的速度：而文献记载显示，爆发只

3、持续了近2年！cV8B、投球运动中的怪现象9C、迈克尔孙-莫雷实验假象以太的性质质量很小，剪切力很大地球公转的方向，公转速度V垂直于公转方向沿GM2方向往返一次所需时间沿GM1方向往返一次所需时间零结果101905年爱因斯坦在《论动体的电动力学》一书中提出如下两条基本原理：1.所有物理规律对所有惯性系都是一样的。这后来被称为爱因斯坦相对性原理。2.任何惯性系中，真空中光的速率都为c。若保持光速不变原理就必须抛弃绝对的时空观。这一规律称为光速不变原理。光速不变原理与伽里略变换是彼此矛盾的，三、爱因斯坦相对性原理和光速不变解决问题的出路在哪里？111.爱

4、因斯坦相对性原理所有物理规律对所有惯性系都是一样的。yzxo动量守恒定律角动量守恒定律动能定理等等12萨尔维阿蒂的大船Salviati'sship13任何惯性系中，真空中光的速率都为c2、光速不变原理BAcc地球yzxo爆发持续了近2年14Greateventsin1905:March1905Photoelectriceffect—understandingofthestructureoflightMay1905ExplainingBrownianMotion-developingkineticenergytheoryJune1905Specialt

5、heoryofrelativitySeptember19051516§6.2同时性的相对性和时间延缓（relativityofsimultaneityandtimedilation）一.同时性的相对性AByzxoSS’17事件及其坐标表示:事件：某时刻，在空间某点发生的某件事情比如t时刻，在A处发出一束光信号；在t1时刻在B接受到光信号；在t2时刻火车的头部进入山洞；事件用一组时空坐标来表示：在S系中：事件A事件B在S’系中：事件A事件B18同时性的相对性原理。沿惯性系S和S相对运动方向发生的两个事件，若S中是同时发生的，则S中就不是同时发生的了

6、同时性的相对性光速不变原理将导致时间度量相对性。S系S’系AByzxo19·两惯性系:S、SA---某时在车尾处发光信号B---某时在车头处发光信号时空坐标:事件A事件BS中看(xA、tA)(xB、tB)S中看(xA、tA)(xB、tB)如在S中不同地点同时发生两事件A、B即x’Ax’B,、t’A=t’B讨论:S中看,此二事件是否同时发生?tA=tB?ucc车厢两个事件:zoxy20uccccu光在相遇；光在D相遇，(早)车厢在站台上看，光先从车厢的尾部发出21uccucc反过来看：光在M相遇；：光在相遇，在车厢中看，光是先从车厢的头

7、部发出。(早)这就是同时性的相对性原理。结论：沿惯性系S和S相对运动方向发生的两个事件，若S中是同时发生的，则S中就不是同时发生的了，而是在S系运动后方的事件先发生。22u沿垂直于相对运动方向发生的两件事的同时性并不具有相对性。u在S和中两束相遇的光走的路程都分别是相同的。23二.时间延缓（时间膨胀）同一参考系中静止时钟的校准问题3691236912M24讨论一个匀速运动的钟和一系列“静止”的同步的钟的比较。u发出时刻接收时刻uuu发光光到25：(1)S：光速不变：(2)由(1)、(2)解得：u发出时刻接收时刻uuu发光光到26uuu发光光到—原

8、时（propertime）原时：同一地点两事件的时间间隔∴原时最短。27一个运动时钟的“1秒”比一系列静止时