相對論和時空課件

同學(xué)們好1同學(xué)們好1第二節(jié)狹義相對論的基本原理洛侖茲變換一、狹義相對論的兩條基本原理1.狹義相對性原理一切物理定律在所有的慣性系中都有相同數(shù)學(xué)形式。

是對力學(xué)相對性原理的推廣

基于對自然規(guī)律對稱性的深刻理解和堅定信仰：

所有的慣性系對物理規(guī)律等價。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)。2第二節(jié)狹義相對論的基本原理洛侖茲變換一、狹義相對論的兩光速不變原理：

是對實驗事實的直接表達1675年—19世紀(jì)中葉：天文方法，獲得3位有效數(shù)字。

1849年—1940年：用旋轉(zhuǎn)齒輪、旋轉(zhuǎn)棱鏡、克爾盒等方法，獲得4~6位有效數(shù)字。1940年以后：用電子技術(shù)、微波技術(shù)獲得7位有效數(shù)字。1960年以后；用激光技術(shù)獲得9位有效數(shù)字。3光速不變原理：1675年—19世紀(jì)中葉：天文方法，獲得3位有光速測定實驗結(jié)果4光速測定實驗結(jié)果4

c是自然界的極限速率

揭示出真空的對稱性質(zhì)對于光的傳播而言，真空各向同性，所有慣性系彼此等價。1962年貝托齊實驗注意區(qū)分表觀“超光速”現(xiàn)象5c是自然界的極限速率揭示出真空的對稱性質(zhì)1962年二、洛侖茲變換1.坐標(biāo)變換尋找對同一客觀事件P，兩個慣性系中相應(yīng)的坐標(biāo)值之間的關(guān)系。重合時刻，OzxyO’z’x’y’

P

(x,y,z,t)6二、洛侖茲變換1.坐標(biāo)變換尋找對同一客觀事件P，兩個慣性系OzxyO’z’x’y’

P(x,y,z,t)在S,中，真空中光速均為c7OzxyO’z’x’y’P(x,y,z,t)在正變換逆變換洛侖茲坐標(biāo)變換:設(shè)x坐標(biāo)變換滿足線性關(guān)系：推證見教材P.1638正變換逆變換洛侖茲坐標(biāo)變換:設(shè)x坐標(biāo)變換滿足線性關(guān)系：推正變換逆變換令9正變換逆變換令9由洛侖茲變換系系事件事件空間間隔事件時間間隔10由洛侖茲變換系系事件事件空事件時102.速度變換

設(shè)S系有S

系有根據(jù)速度定義得：112.速度變換設(shè)S系有S系有根據(jù)速度定義得：11速度變換公式

正變換：逆變換:注意：速度變換公式與光速不變原理相協(xié)調(diào)12速度變換公式正變換：逆變換:注意：速度變換公式與光速不變原3.洛侖茲變換的意義(1)洛侖茲變換是不同慣性系中時空變換的普遍公式洛侖茲變換

伽利略變換，滿足對應(yīng)原理(2)與光速不變原理、真空中光速為極限速率的實驗事實相協(xié)調(diào)。133.洛侖茲變換的意義(1)洛侖茲變換是不同慣性系中時空變

揭示出時間、空間彼此關(guān)聯(lián)，并與物質(zhì)、運動密不可分，形成四維時空概念：不是“時間+空間”，而是“時間?空間”統(tǒng)一體。(3)建立了新的時空觀

不同慣性系中的觀察者有各自不同的時空觀念，不存在對所有觀察者都相同的絕對時間和絕對空間。

給出了不同慣性系中觀察者時空觀念的關(guān)聯(lián)。(4)給出了對物理定律的約束條件：相對論的對稱性，即物理定律在洛侖茲變換下的不變性。14揭示出時間、空間彼此關(guān)聯(lián)，并與物質(zhì)、運動密不(3)建立例：有一靜止的電子槍向相反方向發(fā)射甲、乙兩個電子。實驗室測得甲電子的速率為0.6c

,乙電子速率為0.7c

，求一個電子相對于另一個電子的速率。由洛侖茲速度變換公式：

系相對于S

系運動u=-0.6c在S系中，乙電子的速率為解：設(shè)實驗室為S系，甲電子為系甲乙oxS系

系15例：有一靜止的電子槍向相反方向發(fā)射甲、乙兩個電子。實驗室一、同時的相對性由校鐘操作定義同時性，并在同一慣性系中建立起統(tǒng)一的時間坐標(biāo)：“凡是時間在里面起作用的一切判斷，總是關(guān)于同時事件的判斷”

——愛因斯坦第三節(jié)狹義相對論時空觀16一、同時的相對性由校鐘操作定義同時性，并在同一慣性系中建立S系系事件1事件2由洛侖茲變換：問題：在某一慣性系中的同時事件，在另一相對其運動的慣性系中是否是同時的?17S系系事件1事件2由洛侖茲變換：問題：在某一慣性系中的同時S系同時發(fā)生的兩事件,

t=0系若則，兩事件同時發(fā)生。若則，兩事件不同時發(fā)生。即：一個慣性系中的同時、同地事件，在其他慣性系中必為同時事件；一個慣性系中的同時、異地事件，在其他慣性系中必為不同時事件。結(jié)論：同時性概念是因參考系而異的，在一個慣性系中認為同時發(fā)生的兩個事件，在另一慣性系中看來，不一定同時發(fā)生。同時性具有相對性。18S系同時發(fā)生的兩事件,t=0系若則對S系：兩閃電的光信號到達C，為同時事件理想實驗：愛因斯坦火車站臺系：火車系：.......19對S系：兩閃電的光信號到達C，為同時事件理想實驗：愛對系：兩閃電的光信號到達為不同時事件...............20對系：兩閃電的光信號到達為不同時事件...即事件1先發(fā)生若S系中則系中：時序變化時序不變討論：1)在某一慣性系中的同步鐘，在另一相對其運動的慣性系中是否是同步的?2)兩事件發(fā)生的時序與因果律21即事件1先發(fā)生若S系中則系中：時序變化時序不即在系中觀測，事件1有