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第5章狭义相对论,5.1经典力学的相对性原理伽利略变换,（1）伽利略变换式经典力学的相对性原理,坐标变换:,速度变换:,加速度变换:,经典力学相对性原理,对一切惯性系，牛顿定律及其他力学规律的形式都是一样的。,1.时间,空间与物质的运动无关.,2.时间与空间无关.,3.时间间隔,空间间隔的度量绝对不变.,(S系中必须同时测量长度两端),由,（2）牛顿的绝对时空观,绝对空间，按其本性，不受外界事物的影响，总是保持不变并且不可移动。绝对的时间，按其本性独立地向前均匀流逝，而不受外界任何事物的影响。,击前球上散射光速c,击后球上散射光速c+v,应看到球先动后静止。,是否c过大，L过小？,天文实例：,1731年英国一位天文爱好者观察到南方夜空的金牛座上一团云雾状东西，外型象螃蟹，称蟹状星云，距我们五千光年。观测表明以年0.21速率膨胀。到1920年已膨胀到180，推算膨胀开始于860年前，即1060年左右。人们推算这是900年前一次超新星爆发抛出的气体壳层。这一点在我国史记中得到证实，宋会要记载：客星（超新星）最初出现在北宋至和元年（公元1054年），位置在金牛座天关附近，白昼看起来赛过金星，历时23天，后慢慢暗下来，两年后“隐没”。,击球：,（3）伽利略相对性原理的困难,A,B,D,c+u,c-u,c,L,地球,L=5000光年u=1500公里/秒.,年,年,50年，25年，2年,说明光速与光源运动无关！,19世纪60年代麦克斯韦建立了解释电磁现象的方程-MaxwellEqution。并导出了电磁波的方程。,（4）光的波动性和“以太风”测量零结果,C为真空中的光速,但是，人们发现麦克斯韦电磁波方程不满足伽利略变换，是电磁波方程出了问题还是伽利略变换出了问题？如果要保证两者都正确，必须假定真空中存在着光的传播媒质“以太”。,机械波（声波）,电磁波(光波）,1）依靠弹性媒质传播，波速和声源速度无关，由弹性模量和媒质密度决定。,如声波在空气中传播,2）声速会受到风的影响，即媒质相对选定参考系运动的影响。,1）光速和光源速度无关，依靠弥漫宇宙的“以太”传播。,光速很大，故“以太”应比钢还硬且星体在其中运动时要畅行无阻。,2）光速会受到“以太”风的影响，即“以太”相对选定参考系运动的影响。,转900,波程差,条纹移动,迈克耳逊莫雷实验（寻找以太的实验）,仪器可测量精度,实验结果未观察到地球相对于“以太”的运动.,这意味着经典物理学出了问题，意味着什么绝对时间、绝对空间、伽利略变换等等都有问题。就像一朵乌云一样遮住了物理学晴朗的天空。,不存在以太？,同一束光在不同参照系下观测值相同！,1900年英国物理学家开尔文在瞻望20世纪物理学的发展的文章中说到：,这两朵乌云是指什么呢？,热辐射实验,迈克尔逊-莫雷实验,后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。,量子力学的诞生,相对论问世,经典力学,量子力学,相对论,微观领域,高速领域,今天来介绍相对论,爱因斯坦生平,爱因斯坦（AlbertEinstein，1879-1955）出生于德国符腾堡的乌尔姆镇，犹太人。1896年10月考入苏黎世工业大学攻读物理学，1900年8月毕业一度失业，1902年6月到伯尔尼瑞士专利局任技术员。1905年发表了阐述狭义相对论、光量子理论和布朗运动等四篇论文，推动了物理理论变革。1916年发表广义相对论基础由于光量子方面的贡献，1921年他荣获诺贝尔奖（他路过上海时得到获奖消息）。1933年希特勒执政，他成为纳粹的迫害对象，幸而在美国讲学才未受迫害，同年定居美国。1955年4月18日逝世,一、狭义相对论的基本原理,1、相对性原理,2、光速不变原理,在所有的惯性系中，光在真空中传播的速率具有相同的值c,c=2.99792458108ms-1,一切物理规律对所有惯性参考系等价。,忽然我领悟到这个问题的症结所在。这个问题的答案来自对时间概念的分析，不可能绝对地确定时间，在时间和信号速度之间有着不可分割的联系。利用这一新概念，我第一次彻底地解决了这个难题。,爱因斯坦：,5.2狭义相对论的基本原理洛仑兹变换,如果光速不变！,1秒,1.5秒,爱因斯坦小车,u,二洛伦兹变换,1）满足相对性原理和光速不变原理,2）当质点速率远小于真空光速c时，该变换应能使伽利略变换重新成立。,根据相对性原理，新的时空变换关系必须是线性、协变的。,对s系的原点o,有,和,即,设,对s系的原点o,有,和,即,设,根据相对性原理,根据光速不变原理,和,（1），（2）相乘,可得,(1),(2),时空坐标变换：,令,逆变换：,正变换：,令,讨论;(1)t是t和x的函数,不仅是与空间坐标有关,而且与物质的运动有关.时间的测量在不同惯性系中是不同的.时间不是绝对的,和空间,物质运动,联系在一起.时空观上一个根本的改变.,(2)当,时,对应原理,洛伦兹变换伽利略变换,(3)由洛伦兹变换式推导速度变换式.,同理,时间间隔不同,讨论：1）速度的变换公式，保证了光速c不变性。如：,S,S,
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