運動的相對性與時空

運動的相對性與時空1第一頁，共三十九頁，2022年，8月28日

一、初步認識相對性

運動描述與參考系有關,運動規(guī)律與參考系無關。

對牛力的認識,慣性系與非慣性系?！欤睆母绨啄岬綈垡蛩固埂皺M看成嶺側成峰，遠近高低各不同?！边@是古人以文學語言闡述的對事物認識因人而異的事實。這是最原始的“相對性”。

2第二頁，共三十九頁，2022年，8月28日二、深入認識相對性

認識論方法論的問題，教育人們要脫離自我客觀地看問題。相對性問題的核心是：

物理規(guī)律是客觀存在的，與參考系無關。

對“相對性”的正確認識，首先涉及“認識論、方法論”，在認識上必須要“超越自我”，即超越自我認識的局限，自覺擺脫經(jīng)驗的束縛，以事實為依據(jù)。

3第三頁，共三十九頁，2022年，8月28日

相對論問題包括兩方面1)相對性原理--物理規(guī)律的不變性;2)變換--不變式。張三張三說：頭朝上。李四也說：頭朝上。李四但，張三看李四，大頭朝下！如：什么是上？下？4第四頁，共三十九頁，2022年，8月28日三、哥白尼愛因斯坦是典范拋棄以我為中心拋棄地心說哥白尼5第五頁，共三十九頁，2022年，8月28日愛因斯坦現(xiàn)代時空的創(chuàng)始人慣性系，非慣性系平權二十世紀的哥白尼所有的參考系平權6第六頁，共三十九頁，2022年，8月28日從哥白尼到愛因斯坦---參考系的選擇牛頓的相對性原理狹義相對性原理廣義相對性原理

平權就是對稱性§2牛頓的力學相對性原理和伽利略變換明確研究的問題:在兩個慣性系中考察同一物理事件實驗室參考系運動參考系7第七頁，共三十九頁，2022年，8月28日在不同的慣性系中，考察同一物理事件。與重合時，兩個參考系對表問題：一、伽利略變換t時刻，物體到達P點8第八頁，共三十九頁，2022年，8月28日分量式正變換逆變換9第九頁，共三十九頁，2022年，8月28日速度變換與加速度變換正逆慣性系

10第十頁，共三十九頁，2022年，8月28日在兩個慣性系中二、牛頓的相對性原理

牛頓力學中：相互作用是客觀的分析力與參考系無關質量的測量與運動無關11第十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日宏觀低速物體的力學規(guī)律在任何慣性系中形式相同或牛頓力學規(guī)律在伽利略變換下形式不變或牛頓力學規(guī)律是伽利略不變式如：動量守恒定律：12第十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日

§3愛因斯坦狹義相對論的

兩個基本假設一、牛頓力學的困難1)電磁場方程組不服從伽利略變換2)光速C——在哪個參考系中測的?邁克耳遜—莫雷的0結果3)高速運動的粒子13第十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日二、基本假設1、一切物理規(guī)律在任何慣性系中形式相同

——相對性原理2、光在真空中的速度與發(fā)射體的運動狀態(tài)無關

——光速不變原理1)愛因斯坦

的理論是

牛頓理論的發(fā)展討論一切物理規(guī)律力學規(guī)律14第十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日2)光速不變與伽利略變換與伽利略的速度相加原理針鋒相對3)觀念上的變革牛頓力學速度與參考系有關(相對性)時間標度長度標度質量的測量與參考系無關狹義相對論力學長度、時間測量的相對性光速不變15第十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日三、同時性的相對性

1、事件時空坐標2、同步鐘3、同時性的相對性---光速不變原理的直接結果

以愛因斯坦火車為例說明16第十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日愛因斯坦火車地面參考系實驗裝置在火車上，分別放置信號接收器發(fā)一光信號中點放置光信號發(fā)生器17第十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日發(fā)一光信號研究的問題：

兩事件發(fā)生的時間間隔事件1：接收到閃光事件2：接收到閃光處閃光光速為同時接收到光信號事件1、事件2同時發(fā)生。？？18第十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日事件1、事件2不同時發(fā)生事件1先發(fā)生處閃光光速也為系中的觀察者又如何看呢？1、同時性的相對性是光速不變原理的直接結果2、相對效應3、當速度遠遠小于c時兩個慣性系結果相同隨運動迎著光應比早接收到光討論19第十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日

§４狹義相對論的洛侖茲變換

重合且在此發(fā)出閃光經(jīng)一段時間光傳到P點一、推導尋找對同一客觀事件兩個參考系中相應的坐標值之間的關系20第二十頁，共三十九頁，2022年，8月28日由光速不變原理：由發(fā)展的觀點：狹義牛頓力學有<<情況下21第二十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日由客觀事實是確定的：對應唯一的設下面的任務是根據(jù)上述四式利用比較系數(shù)法確定系數(shù)22第二十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日二、結果坐標變換式正變換23第二十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日令則正變換逆變換24第二十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日正變換討論1)與時空坐標伽利略變換發(fā)展2)<<25第二十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日變換無意義速度有極限4)由洛侖茲變換看同時性的相對性事件1事件2兩事件同時發(fā)生？3)>26第二十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日若同時性的相對性5)時序因果關系已知27第二十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日§5時間膨脹長度縮短一、時間膨脹——運動時鐘變慢考察一只鐘。在研究一個物理過程的時間間隔中，在某系中，同一地點先后發(fā)生的兩個事件的時間間隔(同一只鐘測量)，與另一系中，兩個地點發(fā)生的兩個事件的時間間隔(兩只鐘分別測量)的關系。研究的問題是：28第二十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日1、原時兩地時2、原時最短時間膨脹

在某一參考系中，同一地點先后發(fā)生的兩個事件之間的時間間隔叫原時?？疾熘械囊恢荤?兩事件發(fā)生在同一地點)(一只鐘測出的時間間隔)(S系中的兩個地點的兩只鐘測出的時間間隔)兩地時原時29第二十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日由洛侖茲逆變換原時最短<130第三十頁，共三十九頁，2022年，8月28日1、運動時鐘變慢效應是時間本身的客觀特征2、對同樣的兩個事件原時只有一個固有時本性時本征時3、雙生子效應討論31第三十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日二、長度收縮--運動尺子變短

對運動長度的測量問題怎么測？同時測1、原長棒靜止時測得的它的長度也稱靜長棒靜止在系中，靜長32第三十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日棒靜止在系中靜長棒以極高的速度相對S系運動，S系測得棒的長度值是什么呢？事件1：測棒的左端事件2：測棒的右端相應的時空坐標33第三十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日事件1：測棒的左端事件2：測棒的右端2、原長最長長度收縮

由洛侖茲變換34第三十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日

1)相對效應2)縱向效應3)在低速下伽利略變換4)同時性的相對性的直接結果討論35第三十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日§6相對論速度變換定義由洛侖茲坐標變換上面兩式之比36第三十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日由洛侖茲變換知由上兩式得同樣得37第三十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日洛侖茲速度變換式正變換