相對論講義一

1、一 慣性參考系慣性系:牛頓定律成立的參考系。非慣性系:相對于慣性系作加速運動的參考系。在研究地面上物體的運動時，地球可近似地看成是慣性參考系一切相對于慣性系作勻速直線運動的參考系也是慣性系。牛頓定律不成立的參考系。1二、牛頓的絕對時空觀長度的量度和時間的量度都與參考系無關(guān) ！？同樣兩點的距離或同樣的前后兩個事件之間的時間間隔無論在哪個慣性系中測量都是一樣的，而且時間和空間是彼此獨立、沒有任何聯(lián)系的。絕對的空間，就其本性而言，是與任何外界事物無關(guān)而永遠相同和不動的。絕對的、真正的和數(shù)學的時間自身在流逝著，而且由于其本性而均勻地與任何外界事物無關(guān)地流逝著。 牛頓2三、伽利略變換在兩個慣性系中考察同

2、一物理事件兩個慣性系：一物理事件： 質(zhì)點到達 P 點兩個慣性系的描述分別為：3兩個描述的關(guān)系稱為變換坐標原點重合。逆變換正變換4伽利略變換中默認了絕對時空速度變換：5加速度變換：經(jīng)典力學規(guī)律具有伽利略變換不變性：不同慣性系描寫同一質(zhì)點的加速度相同。6四、伽利略變換的疑難因果律問題事件 1 ：舉槍瞄準 事件 2 發(fā)生 在 0.2 s 后： 子彈出膛 速度 0.5c 人在 45 萬公里遠處觀察： 事件 2 比 事件 1 早 0.3 s 發(fā)生 ??？7 機械波的傳播需要媒質(zhì)，當時物理學家們認為光波的傳播也需要一種媒質(zhì)-以太。邁克爾遜為證明以太的存在-邁克爾遜 莫雷實驗8若以太存在，以太中光速一定，但地

3、球在以太中運動，對地球上的觀察者來說，不同方向的光速應(yīng)不同，實驗中兩束光的傳播應(yīng)有時間差。實驗結(jié)果是否定的！0 ！地球相于與以太的速度為零 ？不可思議！以太是多余的！光線不服從經(jīng)典的速度合成律，光速不變！“我的實驗竟然對相對論這個怪物的誕生起了作用，我對此感到十分遺憾。”9光線不服從經(jīng)典的速度合成律,光速不變！結(jié)論：.以太不存在，光的傳播不需任何媒質(zhì)，可在 真空中傳播，以太不能作絕對參照系。 .地球上各方向光速相同，與地球運動狀態(tài)無關(guān)。設(shè)光源固定在地上，在地上測得光速為c,在勻速直線運動的小車上測得光速也是c！10五、狹義相對論的基本假設(shè)實驗結(jié)果說明，在所有慣性系中，真空中的光速恒為c ，伽利

4、略變換以及導致伽利略變換的牛頓絕對時空觀有問題，必須尋找新的變換，建立新的時空觀。狹義相對性原理：一切物理定律在所有的慣性系中具有相同的數(shù)學形式。 2. 光速不變原理：在所有的慣性系中,真空中的光速恒為c ， 與光源或觀察者的運動無關(guān)。11說明同時具有相對性，時間的量度是相對的 .和光速不變緊密聯(lián)系在一起的是：在某一慣性系中同時發(fā)生的兩個事件，在相對于此慣性系運動的另一慣性系中觀察，并不一定是同時發(fā)生的 .長度的測量是和同時性概念密切相關(guān).12五、洛倫茲變換在兩個慣性系中考察同一物理事件兩個慣性系：一物理事件： 質(zhì)點到達 P 點兩個慣性系的描述分別為：坐標原點重合。13* 當速度遠遠小于c 時

5、，過渡到伽利略變換。* 兩參考系的相對速度不可能等于或大于光速。* 時間坐標與空間坐標相關(guān)連。* 物理定律應(yīng)在洛倫茲變換下保持不變。14洛倫茲變換反映了相對論的時空觀S 系中兩個事件：系：不同地點但同時的兩個事件在另一系中不同時。同一地點、同時的兩個事件在另一系中也同時。同地點但不同時的兩個事件在另一系中不同時。15在 S 系中測量 系中的棒長，應(yīng)：16例1、在慣性系 S 中，有兩事件同時發(fā)生在 x 軸上相距1.0103 m 處，從 S觀察到這兩事件相距 2.0103 m 。試問在 S系測得此兩事件的時間間隔為多少？解：17解：例2、一長為1m 的棒，相對于S 系靜止并與 x 軸夾= 45 。

6、問：在S 系的觀察者來看，此棒的長度以及它與 x 軸的夾角為多少？（已知 ）18例3.一固有長度為 L0=90 m的飛船，沿船長方向相對地球以 v =0.80 c 的速度在一觀測站的上空飛過，該站測的飛船長度及船身通過觀測站的時間間隔各是多少？船中宇航員測前述時間間隔又是多少？19例4.宇宙飛船相對于地面以速度 v 作勻速直線飛行，某一時刻飛船頭部的宇航員向飛船尾部發(fā)出一個光訊號，經(jīng)過 Dt （飛船上的鐘）時間后，被尾部的接收器收到，則由此可知飛船的固有長度為： A 20例5： 邊長為a的正方形薄板靜止于慣性系S的xoy平面內(nèi)，且兩邊分別與x、y軸平行，今有慣性系S以0.8c的速度相對于S系沿x軸作勻速