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第十五章 狭义 相对论,物理学教程,（第二版）,15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难,“相对论的兴起是由于实际需要，是由于旧理论中的矛盾非常严重和深刻，而看来旧理论对这些矛盾已经没法避免了。”,爱因斯坦,惯性系：,物体在某参考系中, 不受其他物体作用而保持静止或匀速直线运动状态, 这个参考系称为惯性系,.,相对惯性系静止或匀速直线运动的参照系也是惯性系.并称他们,互为惯性系,.,以下讨论均在互为,惯性系,的两个参考系,中,.,两个参考系对称性,静止 运动,理解狭义相对论的关键在于:,建立两个互为惯性系的参考系.,一 伽利略变换式 经典力学的相对性原理,问：,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,？,比如,P,点空间坐标是否相等,？,不相等,!,关系如何,?,匀速直线运动,*,伽利略坐标变换,空间和时间的量度都是绝对的,与参考系无关 .,*,正变换,两个参考系对称性,正变换 逆变换,逆变换,坐标变换的不变性,加速度变换,伽利略速度变换,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,(,牛顿,),力学的相对性原理,.,两个参考系对称性,在宏观、低速的范围内，是与实验结果相一致的 .,问：,相对于不同的参考系 , 长度和时间的测量结果是一样的吗?,绝对时空概念：时间和空间的量度和参考系无关,长度和时间的测量是绝对的,.,二、经典力学的绝对时空观,绝对,时间,:,所有惯性系有统一的时间,.,绝对,空间,：,空间与运动无关,空间是绝对静止的,.,“,绝对的真实的数学时间,就其本质而言,是永远均匀,地流逝着,与任何外界无关.,”,“,绝对空间就其本质而言,是与任何外界事物无关的,，,它从不运动,并且永远不变.,”,伽利略变换,牛顿的绝对时空观,牛顿力学的相对性原理,实践已证明,绝对时空观是不正确的,.,伽利略变换？牛顿力学的相对性原理？,都存在局限性！,问：,对于不同的惯性系,电磁现象基本规律的形式是一样的吗?如电磁波,(光),的传播速度?,对于两个不同的惯性参考系,光速满足伽利略变换吗？,三 光速依赖于惯性参考系的选取吗,光在真空中的传播速度早在1864 年由,麦克斯韦,推导得出:,以飞机上的灯光为例 设飞机上的灯光速度为,c,飞,这一结果对吗?,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?,试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达到观察者所需要的时间. (,根据,伽利略变换,),球投出,后,900,多年前（公元,1054,年,5,月）一次著名的,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。北宋天文学家记载从公元,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 .,物质飞散速度,l,=,5000,光年,A,B,当一颗恒星在发生超新星爆发时, 它的外围物质向四面八方飞散, 即有些抛射物向着地球运动, 现研究超新星爆发过程中光线传播引起的疑问 .,实际持续时间约为,22,个月, 这怎么解释,?,理论计算观察到超新性爆发的强光的时间持续约,l,=,5000,光年,物质飞散速度,A,B,A,点光线到达地球所需时间,B,点光线到达地球所需时间,实践证明:光速不满足伽利略变换!,以太：,充满宇宙的一种特殊物质,光的传播速度与光源的运动无关！,那么,c,是相对什么的速度？,c,依赖于惯性参考系的选取吗,?,迈克尔孙 莫雷实验,设想“以太”是绝对的惯性系,光在真空中的传播速度是相对“以太”的速度,.,实验试图计算出地球表面相对“以太”的速度,.,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 .,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，或与其它的实验相矛盾，最后均以,失败,告终 .,实验结果,未,观察到地球相对于“以太”的运动.,仪器可测量精度,理论预测,“,山穷水尽疑无路，,”,陆游游山西村1167,“,横看成岭侧成峰，远近高低各不同。,不是庐山真面目，只缘身在此山中,”,苏轼题西林壁1084,我们看到的现象或对事物的描述，往往随观测的角度而异。超越从个别角度认识问题，超越自我认识的局限性，,地球在哪儿？,光速为什么不变呀？.,如果光速真的不变，这个世界会是什么样呢？,1893年洛仑兹提出“长度收缩”,1894年菲兹杰惹提出“收缩因子”,1904年彭加勒提出“相对性原理”,1904年洛仑兹提出“洛仑兹变换”,但是他们均没有否定“以太”的存在，所以不能自圆其说。,1905年爱因斯坦大胆地否定了“以太”的存在提出“两条基本原理”，创立了狭义相对论理论。,为了解释迈克尔孙莫雷实验，人们做了大量的努力。,
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