狹義相對論的基本原理 洛倫茲變換式

作業(yè)：指P142:三.1,三.2,三.4,三.5,三.6,三.7預(yù)習(xí)：馬書：P300-315改錯：（1）指導(dǎo)書：P142（三）4最后一句：將“產(chǎn)生地點離地面的高度”改成：“飛行的距離”。（2）指導(dǎo)書：P182（二）420改為4；P183（二）55/3改為3；P183（二）80.786c改為0.866c1第一頁，共二十三頁。相對論第十四章2第二頁，共二十三頁。

1905年，26歲的愛因斯坦發(fā)表了5篇著名論文：2.《分子大小的新測定》：推導(dǎo)出計算擴散速度的數(shù)學(xué)公式。3.《關(guān)于熱的分子運動論所要求的靜止液體中懸浮小粒子的運動》：提供了原子確實存在的證明。4.《論動體的電動力學(xué)》：提出時空關(guān)系新理論，被稱為“狹義相對論”。5.《物體的慣性是否決定其內(nèi)能》：建立在狹義相對論基礎(chǔ)上，該文表明質(zhì)量和能量可互換，并推出被稱為改變世界的方程式：E=mc2

。1.《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個試探性觀點》：提出光量子概念，并成功的解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象。3第三頁，共二十三頁。相對論由愛因斯坦（AlbertEinstein）創(chuàng)立，狹義相對論（SpecialRelativity）（1905）揭示了時間、空間與運動的關(guān)系。揭示了時間、空間與引力的關(guān)系。本章重點介紹狹義相對論的時空觀。它包括了兩大部分：廣義相對論（GeneralRelativity）（1915-1916）4第四頁，共二十三頁。

愛因斯坦（AlbertEinstein）

（1879——1955）美籍德國人獲1921年諾貝爾物理獎5第五頁，共二十三頁。愛因斯坦20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家,1905年、1915年先后創(chuàng)立狹義和廣義相對論,1905年提出了光量子假設(shè),并因此于1922年獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎,他還在量子理論方面有重要貢獻(xiàn).（1879-1955）6第六頁，共二十三頁。電磁波（包括光）在真空中各方向速率都為c。企圖找到“絕對靜止”參考系的思想實驗：當(dāng)時人們認(rèn)為這只對“絕對靜止”參考系(以太)才成立。按照伽利略變換的速度變換公式,有如下c+

ullLc-uuuAB設(shè)u<<c，19世紀(jì)下半葉，由麥克斯韋電磁場方程組得知：不同時！7第七頁，共二十三頁。1887年，體現(xiàn)上面思想實驗的邁克耳孫—莫雷（Michelson-Morlay）實驗卻得到了“零”結(jié)果！用各種企圖保持絕對參考系的假說來解釋該實驗結(jié)果，均遭到失敗。地球就是“絕對靜止”的參考系？典型的假說有：發(fā)射說和以太拖曳說。發(fā)射說和以太拖曳說。8第八頁，共二十三頁。發(fā)射說：光速要疊加上光源的速度。c+u1地球u2u1m1m2雙星c

u2不能同時到達(dá)地球射說，雙星觀測否定了發(fā)即實際上觀測不到雙星位置的扭曲。應(yīng)觀察到雙星位置的扭曲“以太”（ether）拖曳說：光在以太（絕對靜止的參照系）中各向速度都是c，而以太又被地球拖著走。9第九頁，共二十三頁。實際觀測正上方的星體，望遠(yuǎn)按以太拖曳說，光到地球附近要附加速度u，望遠(yuǎn)鏡就不該傾斜了。ctu正上方的星體*c地面ut鏡必須向地球公轉(zhuǎn)方向傾斜一個小角度，這叫“光行差”現(xiàn)象。10第十頁，共二十三頁。1922年愛因斯坦訪日在即席演講中有一段話：

“還在學(xué)生時代，我就在想這個問題了。當(dāng)時，我知道邁克耳孫實驗的奇怪結(jié)果。結(jié)論：如果我們承認(rèn)邁克耳孫的零結(jié)果是事實，那么地球相對以太運動的想法就是錯誤的。是引導(dǎo)我走向狹義相對論的最早的想法?！蔽液芸斓贸鲞@即絕對靜止的參考系——以太是不存在的！11第十一頁，共二十三頁。愛因斯坦認(rèn)為：在任何慣性系中光速都是各向為c，物質(zhì)世界的規(guī)律應(yīng)該是和諧統(tǒng)一的，麥克斯韋方程組應(yīng)對所有慣性系成立。這樣就自然地解釋了邁克耳孫—莫雷實驗的零結(jié)果。c+

ullLc-uuuABcllLcuuAB×√實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)!——1978年5月11日《光明日報》特約評論員文章的標(biāo)題這個零結(jié)果否定了經(jīng)典力學(xué)的伽利略變換。12第十二頁，共二十三頁。

只有忠實于事實，才能忠實于真理。

——周恩來只有人們的社會實踐，才是人們對于外界認(rèn)識的真理性的標(biāo)準(zhǔn)。真理的標(biāo)準(zhǔn)只能是社會的實踐?！珴蓶|13第十三頁，共二十三頁。1905年愛因斯坦在《論動體的電動力學(xué)》1.物理規(guī)律對所有慣性系都是一樣的。2.任何慣性系中，真空中光的速率都為c。

若保持光速不變原理，這一規(guī)律稱為光速不變原理。光速不變原理與伽利略變換是彼此矛盾的，就必須拋棄伽利略變換，也就是必須拋棄經(jīng)典力學(xué)的絕對時空觀。一文中提出如下兩條基本原理：這后來被稱為愛因斯坦相對性原理。14第十四頁，共二十三頁。1相對性原理——愛因斯坦相對性原理物理定律在所有慣性系中都具有相同的表達(dá)形式.一狹義相對論的基本原理相對性原理是力學(xué)相對性原理的推廣.力學(xué)相對性原理：在任意兩個相互作勻速直線運動的慣性系中,牛頓運動定律具有相同的形式.15第十五頁，共二十三頁。真空中的光速是常量，沿各個方向都等于c，與光源或觀測者的運動狀態(tài)無關(guān).2光速不變原理

換言之，真空中任何慣性系中，光的速率都是c，與光源或觀測者的運動狀態(tài)無關(guān)。若承認(rèn)光速不變原理，光速不變原理與伽利略變換是彼此矛盾的，就必須拋棄伽利略變換，也就是必須拋棄經(jīng)典力學(xué)的絕對時空觀。但它反映了客觀事實。16第十六頁，共二十三頁。

關(guān)鍵概念：相對性和不變性.注意到伽利略變換關(guān)系與狹義相對論的基本原理（光速不變原理）不符.而狹義相對論的基本原理與實驗事實相符合.這兩條基本原理是狹義相對論的基礎(chǔ).那么，狹義相對論的變換關(guān)系又該具有什么樣的形式呢？17第十七頁，共二十三頁。二洛倫茲變換式符合相對論理論的時空變換關(guān)系．設(shè)時，重合;事件P的時空坐標(biāo)如圖所示.*18第十八頁，共二十三頁。1洛倫茲坐標(biāo)變換式19第十九頁，共二十三頁。正變換逆變換時,轉(zhuǎn)換為伽利略變換式.注意2一個新理論的成功，必須滿足三條：⑴能夠包容原有的理論；⑵被不同的實驗重復(fù)的驗證；⑶能預(yù)言一些新的現(xiàn)象。注意120第二十頁，共二十三頁。2洛倫茲速度變換式正變換逆變換21第二十一頁，共二十三頁。討論光速不變?nèi)缭趹T性系S中沿x方向發(fā)射一光信號,已知光對S系的速度是c，即ux=c，那么，在慣性系S′中觀察的光速光速在任何慣性系中均為同一常量.END22第二十二頁，共二十三頁。內(nèi)容梗概作業(yè)：指P142:三.1,三.2,三.4,三.5,三.6,。作業(yè)：指P142:三.1,三.2,三.4,三.5,三.6,。預(yù)習(xí)：馬書：P300-315。P183（二）55/3改為3。P183（二）80.786c改為0.866c。2.《分子大小的新測定》：推導(dǎo)出計算擴散速度的數(shù)學(xué)公式。3.《關(guān)于熱的分子運動論所要求的靜止液體中懸浮小粒子的運動》：提供了原子確實存在的證明。5.《物體的慣性是否決定其內(nèi)能》：建立在狹義相對論基礎(chǔ)上，該文表明質(zhì)量和能量可互換，并推出被稱為改變世界的方程式：E=mc2。1.《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個試探性觀點》：提出光量子概念，并成功的解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象。狹義相對論（SpecialRelativity）（1905）。按照伽利略變換的速度變換公式,有如下。c+u。1887年，體現(xiàn)上面思想實驗的邁克耳孫—莫雷（Michels