1-3节狭义相对论的基本原理洛伦兹变换式

*,第十四章 相对论,14-3,狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式,*,第十四章 相对论,物理学,第五版,*,第十四章 相对论,14-4,狭义相对论的时空观,物理学,第五版,*,第十四章 相对论,14-4,狭义相对论的时空观,物理学,第五版,*,第十四章 相对论,物理学,第五版,14-1,伽利略变换式 牛顿的绝对时空观,1,*,系相对于 系以,匀速,沿 轴运动，观察两参照系中同一事件的时空关系。,一、伽俐略变换和经典力学相对性原理,1,、伽俐略变换,2,*,3,速度变换公式,*,4,加速度变换,在,两,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,.,*,2,、经典力学的相对性原理,（,Newton Principle of relativity,）,5,二、,经典力学的绝对时空观,根据伽利略变换，我们可得出牛顿的绝对时空观，也称之为经典时空观。,在,S,系内，米尺的长度为,在,S,系内，米尺的长度为,利用伽利略变换式得,结论,：,空间,任意两点之间的距离对于任何的惯性系而言都是相等的，,与,惯性系的选择或观察者的,相对运动无关,。即：长度是,“,绝对的,”,，或称之为,“,绝对空间,”,。,6,再有,时间,也,与,惯性系的选择或观察者的,相对运动无关,“,绝对空间,”,、,“,绝对时间,”,和,“,绝对质量,”,这三个概念的总和构成了经典力学的所谓,“,绝对时空观,”,：,空间、时间和物质的质量与物质的运动无关而独立存在，空间永远是静止的、同一的，时间永远是均匀地流逝着的。,7,牛顿的绝对时空观,牛顿力学的相对性原理,注 意,牛顿力学的相对性原理,在宏观、低速的范围内,是与实验结果相一致的,.,但在,高速运动情况下,则,不适用,.,举例如下页所示,：,8,对电磁现象的研究表明,:,电磁现象所遵从的麦克斯韦方程组,不服从伽利略变换,.,真空中的光速,9,试计算球被投出前后的瞬间，所发出的光波达到观察者所需时间,.,球投出,前,球投出,后,(,根据伽利略变换,),例,10,观察者先看到投出后的球，,后看到投出前的球,.,结果,:,球投出,前,球投出,后,(,根据伽利略变换,),11,l,=,5000,光年,物质飞散速度,A,B,公元,1054,年,人们发现天上出现了一颗,“,客星,”,其耀眼的光芒,用肉眼在白天也看得见,.,史书记载它在天空中停留了,22,个月,产生了著名的金牛座蟹状星云,.,12,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,.,l,=,5000,光年,物质飞散速度,A,B,13,A,点光线到达地球所需时间,B,点光线到达地球所需时间,l,=,5000,光年,物质飞散速度,A,B,14,l,=,5000,光年,物质飞散速度,A,B,理论计算观察到超新星爆发的强光的时间持续约,.,实际持续时间约为,22,个月,这怎么解释,?,15,14-2,迈克耳孙,-,莫雷实验,实验原理图,以太风,G,T,S,地球相对于以太速度：,v,光在,以太速度：,c,光路,1,光路,2,16,光顺着以太风方向传播,光逆着以太风方向传播,往返一次所需时间：,光路（,1,）,17,光路（,2,）,光相对于地球的速度垂直于以太的方向。,往返一次需要时间,2,2,v,-,c,18,因为,由,两束光的光程差：,将仪器旋转,90,，,光程差将变号，光程改变量为,引起的条纹移动：,19,零结果！,光速：,所选光波长：,地球绕太阳的公转速度：,干涉仪臂长约：,20,迈克耳孙,-,莫雷实验测到以太漂移速度为零,对以太理论是一个沉重的打击,被人们称为是笼罩在,19,世纪物理学上空的一朵乌云,.,21,爱因斯坦,20,世纪最伟大的物理学家之一,1905,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,1921,年获得诺贝尔物理学奖,还在量子理论方面有重要贡献,.,（,1,879-1955,）,22,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,.,1,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,.,2,光速不变原理,一狭义相对论的基本原理,23,关键概念：相对性和不变性,.,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,.,24,1,、,洛仑兹变换的导出,寻找,重合,两个参考系中相应的坐标值之间的关系,有,*,事件,P,的时空坐标如图所示,.,二 洛伦兹变换式,25,和,的变换基于下列两点：,（,1,）,时空是均匀的，因此惯性系间的时空变换应该,是线性的。,（,2,）,新变换在低速下应能退化成伽利略变换。,设 的 变换为：,根据,Einstein,相对性原理,:,的 变换为：,26,原点重合时，从原点发出一个光脉冲，其空间坐标为：,对 系：,对 系：,由光速不变原理,：,相乘,(1),27,时间关系的推导过程见下页,时间关系,28,时间关系的推导过程；,29,二、,时空变换关系,正变换,30,逆变换,31,伽利略变换,讨论,1,、,在洛伦兹变换中时间和空间密切相关，它们不再是相互独立的。,2.uc,变换无意义,速度有极限,32,3,洛伦兹速度变换式,正变换,逆变换,推导过程见下页,33,*,洛仑兹速度变换式的推导,（,1,）,正负号,分子和分母上一样,（,2,）分子和分母上 别的规律,34,由洛仑兹变换知,35,讨论,光速不变,如在,S,系中沿,x,方向发射一光信号,在,S,系中观察,:,光速在任何惯性系中均为同一常量，利用它可将时间测量与距离测量联系起来,.,36,例：设想一飞船以,0.80,c,的速度在地球上空飞行，,如果这时从飞船上沿速度方向发射一物体，物体,相对飞船速度为,0.90,c,。,问：从地面上看，物体速度多大？,s,37,解,：,选飞船参考系为,S,系,地面参考系为,S,系,38,