伽利略變換關(guān)系牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的的困難ppt課件

1、第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）15 15 1 1 伽利略變換式伽利略變換式 牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難“橫看成嶺側(cè)成峰，遠(yuǎn)近高低各不同。橫看成嶺側(cè)成峰，遠(yuǎn)近高低各不同。 蘇軾蘇軾人類(lèi)面對(duì)事物人類(lèi)面對(duì)事物 “相對(duì)性的不同態(tài)度：相對(duì)性的不同態(tài)度： 1只成認(rèn)本人看到的是真的，根本否認(rèn)還有只成認(rèn)本人看到的是真的，根本否認(rèn)還有其它的能夠性其它的能夠性. 2“公說(shuō)公有理，婆說(shuō)婆有理。公說(shuō)公有理，婆說(shuō)婆有理。 哲學(xué)上哲學(xué)上的的 “相對(duì)主義的派別相對(duì)主義的派別. 3超越從個(gè)別角度物理學(xué)里的參考系認(rèn)超越從個(gè)別角度物理學(xué)里的參考系認(rèn)識(shí)

2、問(wèn)題的局限性，尋求不同參考系之間的變換關(guān)系，識(shí)問(wèn)題的局限性，尋求不同參考系之間的變換關(guān)系，以及變換過(guò)程中那些不變性以及變換過(guò)程中那些不變性. 不變性：是物理定律，是自然界中與察看者無(wú)不變性：是物理定律，是自然界中與察看者無(wú)關(guān)的客觀規(guī)律關(guān)的客觀規(guī)律.第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）15 15 1 1 伽利略變換式伽利略變換式 牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難 “相對(duì)論的興起是由于實(shí)踐需求，是由于舊實(shí)相對(duì)論的興起是由于實(shí)踐需求，是由于舊實(shí)際中的矛盾非常嚴(yán)重和深化，而看來(lái)舊實(shí)際對(duì)這些際中的矛盾非常嚴(yán)重和深化，而看來(lái)舊實(shí)際對(duì)這些矛

3、盾曾經(jīng)沒(méi)法防止了。矛盾曾經(jīng)沒(méi)法防止了。 愛(ài)因斯坦愛(ài)因斯坦 自覺(jué)地去探求不同參考系中物理量、物理規(guī)律自覺(jué)地去探求不同參考系中物理量、物理規(guī)律之間的變換關(guān)系相對(duì)性原理，和變換中的不變之間的變換關(guān)系相對(duì)性原理，和變換中的不變量對(duì)稱(chēng)性，以便超越自我認(rèn)識(shí)上的局限性，去量對(duì)稱(chēng)性，以便超越自我認(rèn)識(shí)上的局限性，去把握物理世界中更深層次的奧妙把握物理世界中更深層次的奧妙. 現(xiàn)代物理方法論精華現(xiàn)代物理方法論精華第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）15 15 1 1 伽利略變換式伽利略變換式 牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難 一一 伽利略變換式伽利

4、略變換式 經(jīng)典力學(xué)的相對(duì)性原理經(jīng)典力學(xué)的相對(duì)性原理 對(duì)于任何慣對(duì)于任何慣性參照系性參照系 , 牛頓牛頓力學(xué)的規(guī)律都具力學(xué)的規(guī)律都具有一樣的方式有一樣的方式 . 這就是經(jīng)典力學(xué)這就是經(jīng)典力學(xué)的相對(duì)性原理的相對(duì)性原理 . 問(wèn)：相對(duì)于不同的參考系問(wèn)：相對(duì)于不同的參考系 , 經(jīng)典力學(xué)定律的方經(jīng)典力學(xué)定律的方式是完全一樣的嗎式是完全一樣的嗎 ？牛頓力學(xué)的回答牛頓力學(xué)的回答:x xy yvo oz z ss*) , , (),(zyxzyxPx xt vz z yy第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）15 15 1 1 伽利略變換式伽利略變換式 牛頓力學(xué)相對(duì)性原

5、理遇到的困難牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難伽利略變換伽利略變換當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)0tt oo與與 重合重合txxvyy zz tt 位置坐標(biāo)變換公式位置坐標(biāo)變換公式 經(jīng)典力學(xué)以為：經(jīng)典力學(xué)以為：1空間的空間的量度是絕對(duì)的，與參考系無(wú)關(guān)；量度是絕對(duì)的，與參考系無(wú)關(guān)；2時(shí)間的量度也是絕對(duì)的，與時(shí)間的量度也是絕對(duì)的，與參考系無(wú)關(guān)參考系無(wú)關(guān) .x xy yvo oz z ss*) , , (),(zyxzyxPx xt vz z yy1212xxxx第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）15 15 1 1 伽利略變換式伽利略變換式 牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難牛頓力學(xué)相

6、對(duì)性原理遇到的困難zzaayyaaxxaa加速度變換公式加速度變換公式aaamF amFvxxuuyyuu zzuu 伽利略速度變換公式伽利略速度變換公式 在兩相互作勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的慣性在兩相互作勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的慣性系中，牛頓運(yùn)動(dòng)定律具有一樣的方式系中，牛頓運(yùn)動(dòng)定律具有一樣的方式.x xy yvo oz z ss*) , , (),(zyxzyxPx xt vz z yyvuu第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）15 15 1 1 伽利略變換式伽利略變換式 牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難 問(wèn)：相對(duì)于不同的參考系問(wèn)：相對(duì)于不同的參

7、考系 , 長(zhǎng)度和時(shí)間的丈量結(jié)長(zhǎng)度和時(shí)間的丈量結(jié)果是一樣的嗎果是一樣的嗎? 絕對(duì)時(shí)空概念：時(shí)間和空間的量度和參考系無(wú)絕對(duì)時(shí)空概念：時(shí)間和空間的量度和參考系無(wú)關(guān)關(guān) , 長(zhǎng)度和時(shí)間的丈量是絕對(duì)的長(zhǎng)度和時(shí)間的丈量是絕對(duì)的.二二 經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀注注 意意 牛頓力學(xué)的相對(duì)性原理，牛頓力學(xué)的相對(duì)性原理， 在宏觀、在宏觀、低速的范圍內(nèi)，是與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致的低速的范圍內(nèi)，是與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致的 . 絕對(duì)時(shí)間絕對(duì)時(shí)間: : 一切慣性系有一致的時(shí)間一切慣性系有一致的時(shí)間. .絕對(duì)空間：空間與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，空間是絕對(duì)靜止的絕對(duì)空間：空間與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，空間是絕對(duì)靜止的. .第十五章第十五章 狹義狹義

8、相對(duì)論相對(duì)論物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）15 15 1 1 伽利略變換式伽利略變換式 牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難 “絕對(duì)的真實(shí)的數(shù)學(xué)時(shí)間絕對(duì)的真實(shí)的數(shù)學(xué)時(shí)間, 就其本質(zhì)而言就其本質(zhì)而言, 是永遠(yuǎn)均勻地是永遠(yuǎn)均勻地流逝著流逝著, 與任何外界無(wú)關(guān)與任何外界無(wú)關(guān). “絕對(duì)空間就其本質(zhì)而言絕對(duì)空間就其本質(zhì)而言是與任何外界事物無(wú)關(guān)的，它是與任何外界事物無(wú)關(guān)的，它從不運(yùn)動(dòng)從不運(yùn)動(dòng), 并且永遠(yuǎn)不變并且永遠(yuǎn)不變.牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀牛頓力學(xué)的相對(duì)性原理牛頓力學(xué)的相對(duì)性原理 實(shí)際已證明實(shí)際已證明 , 絕對(duì)時(shí)空觀是不正確的絕對(duì)時(shí)空觀是不正確的.第十五章第十五章

9、 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）15 15 1 1 伽利略變換式伽利略變換式 牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難 問(wèn)：對(duì)于不同的慣性系，電磁景象根本規(guī)律的問(wèn)：對(duì)于不同的慣性系，電磁景象根本規(guī)律的方式是一樣的嗎方式是一樣的嗎 ？真空中的光速真空中的光速m/s10998. 21800c 對(duì)于兩個(gè)不同的慣性對(duì)于兩個(gè)不同的慣性參考系參考系 , 光速滿(mǎn)足伽利略光速滿(mǎn)足伽利略變換嗎變換嗎 ？?v ccx xy yvo oz z ssc三三 光速依賴(lài)于慣性參考系的選取嗎光速依賴(lài)于慣性參考系的選取嗎第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論物理學(xué)教程物理學(xué)教

10、程（第二版）（第二版）15 15 1 1 伽利略變換式伽利略變換式 牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難球球投投出出前前cdcdt 121ttvcdt2結(jié)果結(jié)果:察看者先看到投出后的球，后看到投出前的球察看者先看到投出后的球，后看到投出前的球. 試計(jì)算球被投出前后的瞬間，球所發(fā)出的光波到試計(jì)算球被投出前后的瞬間，球所發(fā)出的光波到達(dá)察看者所需求的時(shí)間達(dá)察看者所需求的時(shí)間. (根據(jù)伽利略變換根據(jù)伽利略變換)球球投投出出后后vcv第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）15 15 1 1 伽利略變換式伽利略變換式 牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困

11、難牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難 900 多年前公元多年前公元1054年年5月一次著名的超新星迸發(fā)，月一次著名的超新星迸發(fā)， 這次迸發(fā)的殘骸構(gòu)成了著名的金牛星座的蟹狀星云。北宋天文這次迸發(fā)的殘骸構(gòu)成了著名的金牛星座的蟹狀星云。北宋天文學(xué)家記載從公元學(xué)家記載從公元 1054年年 1056年均能用肉眼察看年均能用肉眼察看, 特別是開(kāi)場(chǎng)特別是開(kāi)場(chǎng)的的 23 天天, 白天也能看見(jiàn)白天也能看見(jiàn) .km/s1500v物質(zhì)飛散速度物質(zhì)飛散速度l = 5000 光年光年cvcAB 當(dāng)一顆恒星在發(fā)生超新星迸發(fā)時(shí)當(dāng)一顆恒星在發(fā)生超新星迸發(fā)時(shí), 它的外圍物質(zhì)向它的外圍物質(zhì)向四面八方飛散四面八方飛散, 即有些拋射物向著

12、地球運(yùn)動(dòng)即有些拋射物向著地球運(yùn)動(dòng), 現(xiàn)研討超現(xiàn)研討超新星迸發(fā)過(guò)程中光線(xiàn)傳播引起的疑問(wèn)新星迸發(fā)過(guò)程中光線(xiàn)傳播引起的疑問(wèn) .第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）15 15 1 1 伽利略變換式伽利略變換式 牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難實(shí)踐繼續(xù)時(shí)間約為實(shí)踐繼續(xù)時(shí)間約為 22 個(gè)月個(gè)月, 這怎樣解釋這怎樣解釋 ?年25ABttt實(shí)際計(jì)算察看到超新性迸發(fā)的強(qiáng)光的時(shí)間繼續(xù)約實(shí)際計(jì)算察看到超新性迸發(fā)的強(qiáng)光的時(shí)間繼續(xù)約l = 5000 光年光年cvckm/s1500v物質(zhì)飛散速度物質(zhì)飛散速度ABvcltA A 點(diǎn)光線(xiàn)到達(dá)點(diǎn)光線(xiàn)到達(dá)地球所需

13、時(shí)間地球所需時(shí)間cltBB 點(diǎn)光線(xiàn)到達(dá)點(diǎn)光線(xiàn)到達(dá)地球所需時(shí)間地球所需時(shí)間第十五章第十五章 狹義狹義 相對(duì)論相對(duì)論物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）15 15 1 1 伽利略變換式伽利略變換式 牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難 邁克爾孫邁克爾孫 莫雷實(shí)驗(yàn)?zāi)讓?shí)驗(yàn) 為了丈量地球相對(duì)于為了丈量地球相對(duì)于 “以太以太 的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng), 1881年邁年邁克爾孫用他自制的干涉儀進(jìn)展丈量克爾孫用他自制的干涉儀進(jìn)展丈量, 沒(méi)有結(jié)果沒(méi)有結(jié)果 . 1887年年他與莫雷以更高的精度重新做了此類(lèi)實(shí)驗(yàn)他與莫雷以更高的精度重新做了此類(lèi)實(shí)驗(yàn),仍得到零結(jié)仍得到零結(jié)果果, 即未觀測(cè)到地球相對(duì)即未觀測(cè)到地球相對(duì)