大学物理教学资料——相对论PPT课件.ppt

狭义相对论基础
(Special Relativity)
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19世纪末叶,牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功。当时的许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。
“在已经基本建成的科学大厦中,后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”
--开尔文--
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“但是,在物理学晴朗天空的远处,还有两朵令人不安的乌云,----”
这两朵乌云是指什么呢?
热辐射实验
迈克尔逊-
莫雷实验
后来的事实证明,正是这两朵乌云发展为一埸革命的风暴,乌云落地化为一埸春雨,浇灌着两朵鲜花。
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普朗克量子力学的诞生
相对论问世
经典力学
量子力学
相对论
微观领域
高速领域
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牛顿相对性原理(力学相对性原理):
一切力学规律在不同的惯性系中应有相同的形式。
牛顿相对性原理源于牛顿的时空观。
牛顿的时空观可通过以下坐标和时间变换来体现:
牛顿相对性原理与伽利略变换
牛顿定律对任何惯性系成立,形式都是.
而由它推出的动量定理、角动量定理、
动能定理在任何惯性系的形式,也都是一样的。
时间和空间的测量不依赖于惯性参考系而不同。
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y
z
x
O
.
P(x , y , z , t )
且O与 O 重合时,
由时空间隔的绝对性,有:
—伽利略变换
(Galilean transformation)
将伽利略变换式双方对时间求导,得:
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爱因斯坦相对性原理和光速不变
人们认为牛顿力学的绝对时空观是“天经地义”的,
但是在19个世纪下半叶,出现了问题。
19世纪下半叶,得到了电磁学方面的基本规律
即麦克斯韦电磁场方程组。
人们发现,麦克斯韦电磁场方程组并不具有
伽利略变换下形式不变的特点。
例如,麦克斯韦电磁场方程组中有真空中
的电磁波速(光速)c:
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在实验上也得出了相同的结果。
这和我们的“速度与参考系有关”及
“伽利略速度变换”的概念完全不同:
在地上测得光速为c,
在匀速直线运动的小
车上测得光速也是c!
设光源固定在地上,
所以麦克斯韦电磁场方程组并不具有伽利略变换
下形式不变的特点,对不同惯性系不是形式不变。
真空中的光速始终是一个常数,与参考系无关。
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