大學(xué)物理（下冊）課件14.1 狹義相對論的基本原理 洛侖茲變換

相對性原理：對于任何慣性參照系,經(jīng)典力學(xué)規(guī)律都具有相同的形式.問題：相對于不同的慣性系,經(jīng)典力學(xué)規(guī)律的形式完全一樣嗎？1.伽利略變換

經(jīng)典力學(xué)伽利略變換絕對時(shí)空觀；14.1.1伽利略變換14.1狹義相對論的基本原理洛侖茲變換

考察質(zhì)點(diǎn)P的運(yùn)動(dòng)：慣性系：慣性系：同向平行；相對以沿x軸正向運(yùn)動(dòng)；伽利略變換：設(shè)有兩個(gè)慣性系；*當(dāng)時(shí)；與重合；兩個(gè)坐標(biāo)系中質(zhì)點(diǎn)P對應(yīng)不同的坐標(biāo)，兩套坐標(biāo)之間的關(guān)系為伽利略變換；(1)注意：以上方程組為經(jīng)典力學(xué)坐標(biāo)、時(shí)間變換式＝伽利略變換，由此可得：(2)a.空間的量度是絕對的b.時(shí)間的量度是絕對的(3)以上結(jié)果說明：注意：方程組(1)、(2)稱為伽利略變換，反映了經(jīng)典力學(xué)時(shí)空觀！將(1)對時(shí)間求導(dǎo)可得速度、加速度變換式：速度變換公式：(4)在系長為的物體，在系測量也為；在系壽命為的生命，在系測量也為；加速度變換公式：(5)2.速度變換與加速度變換*結(jié)論：在相互作勻速直線運(yùn)動(dòng)的兩慣性系中，牛頓定律具有相同的形式！絕對時(shí)空觀：由(3)式知：時(shí)間、空間的量度與參考系無關(guān)，時(shí)間、長度的測量是絕對的！3.經(jīng)典力學(xué)的絕對時(shí)空觀注意：經(jīng)典力學(xué)的相對性原理，有限制條件!即在宏觀、低速條件下與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。問題：相對于不同慣性系，長度、時(shí)間的測量結(jié)果相同嗎?空間的量度是絕對的時(shí)間的量度是絕對的(3)注意：實(shí)踐證明,絕對時(shí)空觀是不正確的。經(jīng)典力學(xué)相對性原理；牛頓絕對時(shí)空觀回答：真空中的光速：問題：對不同慣性系，電磁基本規(guī)律的形式相同嗎？問題：對于兩個(gè)不同的慣性系光速滿足伽利略變換嗎？假設(shè)成立：球投出前結(jié)果：觀察者先看到投出后的球，后看到投出前的球！實(shí)例：由伽利略變換計(jì)算球在靜系被投出前后瞬間，球發(fā)出的光到達(dá)靜系觀察者所需時(shí)間：球投出后AlbertEinstein(1879–1955)20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家，于1905、1915年先后創(chuàng)立了狹義相對論、廣義相對論。于1905年提出光量子假設(shè)，為此獲得1921年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。愛因斯坦的哲學(xué)觀念：自然界應(yīng)當(dāng)是和諧而簡單的。理論特色：出于簡單而歸于深?yuàn)W。14.1.2狹義相對論的基本原理1.狹義相對論建立的歷史標(biāo)志：1905年Einstein發(fā)表的論文《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》，以極其清晰和高度簡潔的觀點(diǎn)敘述了相對性原理、光速不變原理，狹義相對論建立在兩原理基礎(chǔ)之上。2.狹義相對論是討論物體高速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論。具有與Newton力學(xué)不同的時(shí)空觀。但當(dāng)時(shí)，由其所得結(jié)論可自動(dòng)回到Newton力學(xué)的結(jié)果，可認(rèn)為：Newton力學(xué)是當(dāng)時(shí)相對論的近似。AlbertEinstein擯棄以太觀念，認(rèn)為電磁波的傳播無需介質(zhì)，以太是勿需引入的虛構(gòu)物。同時(shí)提出兩條假設(shè)作為狹義相對論的基本原理：1.狹義相對性原理：對于一切物理定律，所有慣性系等價(jià)（物理定律的形式與慣性系無關(guān)）.

注意：相對性原理是自然界的普遍規(guī)律；換言之：在某慣性系，無論作任何物理實(shí)驗(yàn)，都無法確定該系是處于絕對靜止還是絕對運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；2.光速不變原理：光速在所有慣性系中均為常量C！與光源或觀察者的運(yùn)動(dòng)無關(guān)！a.伽利略變換與狹義相對論基本原理不符；b.光速不變是人們認(rèn)識(shí)到得電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律；AlbertEinstein的狹義相對論就是建立在兩原理基礎(chǔ)之上，后期實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了其正確性。由此導(dǎo)出的推論改變了自Newton以來的物理學(xué)基礎(chǔ)，導(dǎo)致物理概念的一系列極其重要、深刻的變化。因此被譽(yù)為二十世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家。注意：

與光速不變緊密聯(lián)系的是：某慣性系同時(shí)發(fā)生的兩事件，在相對此系運(yùn)動(dòng)的另一慣性系中觀察，不一定同時(shí)發(fā)生.結(jié)論：同時(shí)具有相對性，時(shí)間的量度是相對的.

14.1.3

洛倫茲變換*洛倫茲變換：與狹義相對論基本原理相應(yīng)的變換；設(shè)時(shí)；重合;兩慣性系同向平行，事件P的時(shí)空坐標(biāo)變換為：(1)其中：正變換(2)逆變換(3)我們有：討論：5.因?yàn)槿魏挝矬w的速度只能等于或小于光速；1.洛倫茲變換是聯(lián)系同一事件在不同慣性系中坐標(biāo)、時(shí)間的法則，反映了相對論時(shí)空觀；3.由洛倫茲變換看出：4.當(dāng)時(shí)，洛倫茲變換伽利略變換；后者是前者低速條件下的近似；2.狹義相對論的諸多結(jié)論可由該變換導(dǎo)出；*注意：b.光速在任何慣性系中均為同一常量

，利用它將時(shí)間測量與距離測量聯(lián)系起來.a.狹義相對論的一些習(xí)題可從洛倫茲變換出發(fā)求解；1.與成線性關(guān)系，但比例系數(shù).2.時(shí)間不獨(dú)立，和變換相互交叉.3.時(shí)，洛倫茲變換