第6章狭义相对论ppt课件.ppt

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1、第6章狭义相对论(specialrelativity)(6)爱因斯坦Einstein(1879—1955)1爱因斯坦的相对论分为狭义相对论和广义相对论。前者分析时空的相对性，建立高速运动力学方程;后者论述弯曲时空和引力理论。本章仅限于介绍狭义相对论的内容。狭义相对论讨论的主要问题是：时空观，即讨论时间、空间及物质运动之间的关系。狭义：讨论惯性系间的时空关系。相对论和量子理论是20世纪物理学的两个最伟大的科学发现。2§6.1伽利略变换和经典力学时空观各对应坐标轴相互平行，而当t=t=0时两坐标系的原点o与o重合。•PxySuutxoz1.伽利略变换—经典力学时空观的数学表

2、达惯性系S相对S以恒定速度u沿x轴正方向运动，P：3速度变换与加速度变换:zzyyxxaaaaaa=¢=¢=¢a=a4a=a´这就是说,力学规律(牛顿运动定律)在所有惯性系中都具有相同的形式。或者说：一切惯性系都是等价的。力学相对性原理，或伽利略相对性原理。应当注意：是力学规律(牛顿运动定律)的形式不变，而不是所有力学量的形式不变。52.经典力学的时空观(1)同时性是绝对的。S(2)时间间隔是绝对的。或写为S：两事件同时发生，t2-t1=0S：t2-t1=t2-t1=0即在S系两事件也是同时发生的。6小结：同时性、时间间隔和空间距离都是绝对的，与参考系的选择无

3、关。时间和空间是彼此独立的、互不相关的，并且独立于物质和运动之外。这就是经典力学的时空观,也称绝对时空观。S(3)空间间隔(距离)是绝对的。7绝对时空观念只适用于低速运动；而在高速运动中，它的缺陷就明显表现出来了。如果人以速度u平行于光的传播方向运动，他测得的光速应该是:c=c±u?!3.伽利略变换的困难电磁现象的基本规律(麦克斯韦方程组)在伽利略变换下改变了形式。可见：电磁现象(光波)的基本规律不服从伽利略变换!但常量81905年，富于创新精神的年仅26岁的爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》这篇论文，建立了崭新的时空观念，对此问题作出了对整个物理学带有根本性变革意

4、义的回答。是伽利略变换正确而电磁现象的基本规律不符合相对性原理呢?还是电磁现象的基本规律正确而伽利略变换应该修正呢?伽利略变换和电磁规律的矛盾引导人们去思考:91.相对性原理所有物理定律在不同惯性系中都具有相同的数学形式。也就是说，物理学定律与惯性系的选择无关，所有的惯性系都是等价的。2.光速不变原理在所有惯性系中，真空中的光速都具有相同的量值c。§6.2爱因斯坦狭义相对性的基本假设10§6.3洛仑兹坐标变换此时在共同原点发生的一个事件(如一个闪光),传到p点:•PxySuutxoz各对应坐标轴相互平行，而当t=t=0时两坐标系的原点o与o重合。惯性系S相对S以恒

5、定速度u沿x轴正方向运动,y=y,z=zx?xt?t11假定:对任一点P有：即：x=x+ut=0+C同理,考虑S系原点o,则有对S系的原点o:S系:x=0。S′系:x=-ut′根据狭义相对论的假设1—相对性原理，这两个惯性系是等价的，因此x•PxySuutxoz12根据狭义相对论的假设2—光速不变原理：于是得x=ct，x=ct•PxySuutxoz13洛仑兹坐标变换：S′S正变换SS′逆变换14(2)洛仑兹变换是物理定律的试金石。(3)这里值得一提的是,洛仑兹变换中的一个重要的因子S′S(1)当u<

6、论：任何物体相对于另一物体的速度不可能等于或大于真空中的光速。即真空中的光速c是一切物体运动速度的极限。这一推论与实验符合，也符合因果律的要求。如果u≥c,则就变为无穷大或有虚数值，这显然是没有物理意义的。16§6.4狭义相对论的时空观1.长度收缩S系：S系：刚棒相对S系静止，沿x轴方向放置,长度：(同时测量)zxySuox1x217即:相对棒运动的观察者测得的长度l要比与相对棒静止的观察者测得的长度lo(固有长度或原长)要短一些。或者说物体沿运动方向缩短了。(同时)长度收缩是一种相对论效应，并非棒的材料真的收缩了。由于长度只在运动方向上收缩，所以物体的形状、体积、密

7、度等也会相应发生变化。182.时间膨胀(或钟慢)S系：(用固定在S′系中的时钟来量度)S系：(用固定在S系中的时钟来量度)设两事件发生在S系中的同一地点，但不同时刻，即19(同地)也就是说：相对事件发生地点运动的观察者测出的时间比相对事件发生地点静止的观察者测出的时间(称为固有时间或原时)要长一些(时间膨胀)。或者说：运动的时钟走得慢些(钟慢)。时间膨胀(钟慢)是相对性效应，与钟表的具体运转无关。203.同时的相对性设A、B两事件同时发生在S系的不同地点,即S:可见，在S系看来同时发生的事件，在S系看来就