狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式.ppt

1,作业：指P142:三.1,三.2,三.4,三.5,三.6, 三.7 预习：马书：P300-315 改错：（1）指导书：P142（三）4最后一句：将“产生地点离地面的高度”改成：“飞行的距离”。 （2）指导书：P182（二）4 20改为4；P183（二）5 5/3改为3； P183（二）8 0.786c改为0.866c,2,相 对 论,第 十 四 章,3,1905年，26岁的爱因斯坦发表了5篇著名论文：,2.分子大小的新测定：推导出计算扩散速度的数学公式。,3.关于热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动：提供了原子确实存在的证明。,4.论动体的电动力学：提出时空关系新理论，被称为“狭义相对论” 。,5.物体的惯性是否决定其内能：建立在狭义相对论基础上，该文表明质量和能量可互换，并推出被称为改变世界的方程式：E=mc2 。,1.关于光的产生和转化的一个试探性观点：提出光量子概念，并成功的解释了光电效应现象。,4,相对论由爱因斯坦（Albert Einstein）创立，,狭义相对论（Special Relativity）（1905）,揭示了时间、空间与运动的关系。,揭示了时间、空间与引力的关系。,本章重点介绍狭义相对论的时空观。,它包括了两大部分：,5,爱因斯坦（Albert Einstein） （18791955） 美籍 德国人 获1921年诺 贝尔物理奖,6,爱因斯坦,20世纪最伟大的物理学家, 1905年、1915年先后创立狭义和广义相对论, 1905年提出了光量子假设, 并因此于1922年获得1921年诺贝尔物理学奖,他还在量子理论方面有重要贡献 .,（1879-1955）,7,电磁波（包括光）在真空中各方向速率都为 c 。,企图找到“绝对静止”参考系的思想实验：,当时人们认为这只对“绝对静止”参考系(以太)才成立。按照伽利略变换的速度变换公式, 有如下,设 u c ，,19世纪下半叶，由麦克斯韦电磁场方程组得知：,不同时！,8,1887年，体现上面思想实验的迈克耳孙莫雷（Michelson-Morlay）实验却得到了“零”结果！,用各种企图保持绝对参考系的假说来解释该实验结果，均遭到失败。,地球就是“绝对静止”的参考系？,典型的假说有：,发射说和以太拖曳说。,发射说和以太拖曳说。,9,发射说：光速要叠加上光源的速度。,射说，,双星观测否定了发,即实际上观测,不到双星位置的扭曲。,应观察到双星位置的扭曲,“以太”（ ether）拖曳说：,光在以太（绝对静止的参照系）中各向速度都是c，而以太又被地球拖着走。,10,实际观测正上方的星体，望远,按以太拖曳说，光到地球附近要附加速度u，望远镜就不该倾斜了。,镜必须向地球公转方向倾斜一个,小角度 ，这叫“光行差”现象。,11,1922年爱因斯坦访日在即席演讲中有一段话：,“还在学生时代，我就在想这个问题了。,当时，,我知道迈克耳孙实验的奇怪结果。,结论：,如果我们承认迈克耳孙的零结果是事实，,那么地球相对以太运动的想法就是错误的。,是引导我走向狭义相对论的最早的想法。”,我很快得出,这,即绝对静止的参考系以太是不存在的！,12,爱因斯坦认为：,在任何惯性系中光速都是各向为c，,物质世界的规律应该是和谐,统一的，,麦克斯韦方程组应对所有惯性系成立。,这样就自然,地解释了迈克耳孙莫雷实验的零结果。,实践是检验真理的唯一标准! 1978年5月11日光明日报特约评论员文章的标题,这个零结果否定了经典力学的伽利略变换。,13,只有忠实于事实，才能忠实于真理。 周恩来,只有人们的社会实践，才是人们对于外界认识的真理性的标准。真理的标准只能是社会的实践。, 毛泽东,14,1905年爱因斯坦在论动体的电动力学,1. 物理规律对所有惯性系都是一样的。,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，,这一规律称为光速不变原理。,光速不变原理与伽利略变换是彼此矛盾的，,就必须抛弃伽利略变换，,也就是必须抛弃经典力学的绝对时空观。,一文中提出如下两条基本原理：,这后来被称为爱因斯坦相对性原理。,15,1 相对性原理爱因斯坦相对性原理,物理定律在所有惯性系中都具有相同的表达形式.,一狭义相对论的基本原理,相对性原理是力学相对性原理的推广.,力学相对性原理：在任意两个相互作匀速直线运动的惯性系中,牛顿运动定律具有相同的形式.,16,真空中的光速是常量，沿各个方向都等于c ，与光源或观测者的运动状态无关.,2 光速不变原理,换言之，真空中任何惯性系中，光的速率都是 c ，与光源或观测者的运动状态无关。,若承认光速不变原理，,光速不变原理与伽利略变换是彼此矛盾的，,就必须抛弃伽利略变换，,也就是必须抛弃经典力学的绝对时空观。,但它反映了客观事实。,17,关键概念：相对性和不变性 .,注意到伽利略变换关系与狭义相对论的基本原理（光速不变原理）不符.,而狭义相对论的基本原理与实验事实相符合.,这两条基本原理是狭义相对论的基础.,那么，狭义相对论的变换关系又该具有什么样的形式呢？,18,二 洛伦兹变换式,符合相对论理论的时空变换关系,设 时， 重合 ; 事件 P 的时空坐标如图所示.,19,1 洛伦兹坐标变换式,20,正变换,时, 转换为伽利略变换式.,注 意2,一个新理论的成功，必须满足三条：能够包容原有的理论； 被不同的实验重复的验证；能预言一些新的现象。,注 意1,21,2 洛伦兹速度变换式,正变换,逆变换,22,讨论,光速不变,如在惯性系S中沿x方向发射一光信号,已知光对S系的速度是c，即ux=c，那么，在惯性系S中观察的光速,光速在任何惯性系中均为同一常量.,END,