大学物理 -- 狭义相对论简介.ppt

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1、第六章 狭义相对论11 伽利略变换及伽利略相对性原理一、牛顿的绝对时空观：时间：是绝对的，像长河一样，与无界无关，总是均匀地流逝着；空间：是一个很大的容器，也总是与无界无关；且它们各自独立，互不相干，都与无界无关。2二、伽利略变换：二、伽利略变换：（一个物理事件或物理事实在不同坐标系中的变换关系，（一个物理事件或物理事实在不同坐标系中的变换关系，需要三个空间坐标，一个时间坐标）需要三个空间坐标，一个时间坐标）3此为伽利略变换：集中体现了牛顿的时空观，空间时间与外界无关，与运动无关。4三、伽利略相对性原理：对于一切相对于惯性参照系作匀速直线运动的参照系来说，力学过程（或规律）是完全等价的。即：力

2、学规律具有不变性。5四、伽利略变换下，电磁规律不具有不变性可将麦氏方程写出并推导之。6结论：1、“以太”在自然界中是不存在的；2、真空中的光速相对于任何惯性系沿任一方向恒为c，并与光源运动无关。2 麦克尔孙莫雷实验7一、相对论的两条基本原理：（或基本假设）（1）相对性原理：物理规律（包括力、热、光、电）相对性原理：物理规律（包括力、热、光、电）在所有惯性参照系中都具有相同的形式。在所有惯性参照系中都具有相同的形式。其包容了伽利略相对性原理。其包容了伽利略相对性原理。（2）光速不变原理：在真空中，光对任何惯性系，沿）光速不变原理：在真空中，光对任何惯性系，沿任一方向速度恒为任一方向速度恒为c，并

3、与光源运动无关。，并与光源运动无关。不是麦克尔孙实验结果，而是爱因斯坦理性思维的结果不是麦克尔孙实验结果，而是爱因斯坦理性思维的结果!3 相对论的两条基本原理 洛伦兹变换8例析：光速不变性与旧时空观的矛盾9二、间隔和间隔不变性凡遇t加c102、光速不变原理对时空变换的要求：间隔是不变的1112一般定义：二事件都不在坐标原点13时空是相对的，同时也是相对的。但（两事件的）间隔是绝对的（在不同惯性系中间隔相等），光速也是绝对的（在不同惯性系中光速相等）。从这个意义上说：有人又称从这个意义上说：有人又称“绝对论绝对论”14作业题151617三、洛伦兹变换18说明：（1）体现了时空的统一性（即可相互转

4、化）；）体现了时空的统一性（即可相互转化）；（2）洛伦兹变换是同一物理事件的时空坐标，在洛伦兹变换是同一物理事件的时空坐标，在不同惯性系中的变换；各惯性系中测量工具要用不同惯性系中的变换；各惯性系中测量工具要用同一基准，如时间（用同一周期）、长度（用某同一基准，如时间（用同一周期）、长度（用某一波长）；一波长）；（3）在低速）在低速vc时，可得伽利略变换；时，可得伽利略变换；（4）虽称洛伦兹变换，但与洛伦兹没有任何关系，虽称洛伦兹变换，但与洛伦兹没有任何关系，是用狭义相对论的二条基本假设导出的。是用狭义相对论的二条基本假设导出的。194 相对论的时空理论一、相对论的时空结构1、三种时空间隔：2

5、0相互作用传播速度等于光速类光间隔的两个事件之间可用光信号联系，是关类光间隔的两个事件之间可用光信号联系，是关联事件，遵从因果率，时序不能颠倒，具有绝对联事件，遵从因果率，时序不能颠倒，具有绝对性。性。21相互作用传递速度低于光速类时间隔的两个事件之间可用速度小于类时间隔的两个事件之间可用速度小于c的信号联的信号联系，是关联事件，遵从因果关系，时序不能颠倒，系，是关联事件，遵从因果关系，时序不能颠倒，具有绝对性。具有绝对性。22因为，时空间隔是绝对的，上述三种间隔的划分是绝对的，不因参考系的变换而改变。类空间隔的两个事件在任何惯性系中都不能成为类空间隔的两个事件在任何惯性系中都不能成为同地，故

6、又称绝对远离事件，类空事件之间不可同地，故又称绝对远离事件，类空事件之间不可能用信号联系，是非关联事件，不遵从因果率，能用信号联系，是非关联事件，不遵从因果率，时序可以颠倒，是相对的。时序可以颠倒，是相对的。23二、因果率和相互作用的最大传播速度时间概念是从事物发展过程中抽象出来的，正确的时空观应反映事物发展的绝对因果性。2425结论结论：大量实验证明，物质运动的最大速度就是：大量实验证明，物质运动的最大速度就是光速光速c，它是一切相互作用传播速度的，它是一切相互作用传播速度的极限极限26三、三、（异地事件）（异地事件）“同时同时”的相对性的相对性27第一种情况：同地事件同地同地发生的两个发生

7、的两个同时同时事件，在任何一个惯性系中观察事件，在任何一个惯性系中观察都是都是同时同时的。的。即即同地事件（与惯性系选择无关），同时性是绝对的。同地事件（与惯性系选择无关），同时性是绝对的。28第二种情况：第二种情况：异地事件异地事件1结论：结论：对于对于没有因果关系没有因果关系（类空事件）（类空事件）在异地发生在异地发生的两个同时事件，时间顺序有可能颠倒。在一个惯性系的两个同时事件，时间顺序有可能颠倒。在一个惯性系中观察是同时事件，在另一个惯性系中观察则不一定同中观察是同时事件，在另一个惯性系中观察则不一定同时。时。即异地事件的同时性与惯性系选择有关，是相对的。即异地事件的同时性与惯性系选择

8、有关，是相对的。29例：爱因斯坦火车3031校对时钟问题：在同一参考系上校对时钟，最方便的方法是用光信号在同一参考系上校对时钟，最方便的方法是用光信号校对，校对方与标准时钟方，约定好具体时间，多远距校对，校对方与标准时钟方，约定好具体时间，多远距离发出信号，校对方将表校到约定时间加上传播时间，离发出信号，校对方将表校到约定时间加上传播时间，即可将时钟校准。即，即可将时钟校准。即，相对论同时概念相对论同时概念在同一参考系中在同一参考系中与与通常的同时概念通常的同时概念一致。一致。32相对论效应在于：在同一参照系中不同地点上相对论效应在于：在同一参照系中不同地点上校准了的时钟，在另一参照系上观察，

9、会变为没校准了的时钟，在另一参照系上观察，会变为没对准的，这就是同时的相对性的意义。对准的，这就是同时的相对性的意义。类时间隔的绝对因果性和类空间隔的同时的相类时间隔的绝对因果性和类空间隔的同时的相对性，是物质运动时空关系的两个方面，前者起对性，是物质运动时空关系的两个方面，前者起主导作用。主导作用。33四、运动长度的缩短空间距离的相对性尺子34作业：证明运动的尺子收缩。3536五、运动时钟延缓时间间隔的相对性在不同的惯性系观察同一物体运动过程所经历的时间，在不同的惯性系观察同一物体运动过程所经历的时间，结果不同。结果不同。不同惯性系中的时钟要求有共同的基准，自然界中存在不同惯性系中的时钟要求有共同的基准，自然界中存在的许多物理过程可以作为计时的基准，有了统一的基准，的许多物理过程可以作为计时的基准，有了统一的基准，就可比较不同参考系中的时间。就可比较不同参考系中的时间。37作业：证明：运动的时钟延缓：3839结论：运动的时钟变慢！结论：运动的时钟变慢！40七、（相对论）速度变换公式414243又称相对论速度相加定理44是相对论速度变换在低速情况下的特例。45作业P236第1题4647作业：P236第2题48作业：P237第3题49