大学物理（2-1）曲晓波-第6章 狭义相对论PPT课件.ppt

第6章狭义相对论
本章重点:6-1、6-2、6-3、6-4
相对论是二十世纪物理学的伟大成就之一。它建立了新的时空观,并在此基础上给出了高速运动物体的力学规律。它包括狭义相对论(1905年)和广义相对论(1916年)。
Albert Einstein ( 1879 – 1955 ),20世纪最伟大的物理学家。
狭义相对论在物理学史上引起了一场深刻的革命,是物理学发展的一次飞跃,很多物理概念都由此而发生了深刻的变化.
相对论的理论比经典理论更广泛,更全面,更深刻地反映了客观世界的规律性.
1、狭义相对论的两条基本假设。
主要内容:
4、相对论质量和动量。
2、洛仑兹坐标变换和速度变换。
5、相对论能量、质能关系。
3、时空相对性:同时性的相对性,时间膨胀,长
度收缩。
绝对时空观:时间和空间是相互独立的,与任何物质的运动无关
伽利略坐标变换
速度变换
加速度变换
求导:
求导:
对两个物理事件:
S 系中(x1, y1, z1, t1) (x2, y2, z2, t2)
S 系中
同时性是绝对的;时间的测量是绝对的;长度测量是绝对的
对力学规律而言,所有惯性系都是等价的。或:对于任何惯性系,牛顿力学的规律具有相同的形式。经典力学中所有基本定律都具有伽利略变换不变性。
狭义相对论的基本原理洛伦兹变换
1、狭义相对论产生的历史背景:
麦克斯韦建立电磁理论,但遇到了尖锐的矛盾:
故 c 应与参考系无关。即在任何参考系中测得光在真空中的速率都应该是同一数值。迈克尔逊-莫雷实验多次反复测量的结果表明真空中的光速沿各个方向都相同,且等于c
但在经典理论中,c 为S系中的光速,c′为S′系的光速,则由伽利略变换得:c′=c±u,u 为S′相对S 的速率,±表示c 与u 的方向相反或相同。说明在S′系中光沿各方向传播速率是不同的。只有一个特殊的惯性系,麦克斯韦方程组才严格成立。
狭义相对论的基本原理
(1)电磁现象似乎满足相对性原理;
(2)麦克斯韦方程组在伽利略变换下不能保持形式上的不变性(协变性)。在这里,光速起了特别重要的作用。
测量地球沿各方向光速的差异。为此设计了许多实验,最著名的是迈克尔逊—莫雷实验,但多次反复测量的结果表明:真空中的光速沿各个方向都相同,且等于 c 。对此许多物理学家提出了各种假设,但均未成功。爱因斯坦不固守绝对时空观和经典力学的概念,从新的角度考虑问题,创立了狭义相对论,作出了对整个物理学都有重大意义的变革。
洛仑兹变换
洛仑兹变换是狭义相对论中关于一个事件在不同惯性系中的两组时空坐标之间的变换关系。
设有两惯性系S, S ,在t = 0时原点重合,S 以u 相对S沿x轴正向匀速运动。
考虑到一个真实事件在S系和S 系中的时空坐标是一一对应的,
(1)
(2) 设想(x, t)与(x', t)之间的变换形式为:
式中k是与x′,t′无关而与u有关的恒量
根据狭义相对论的两个基本原理,惯性系S和S′的物理方程应有同样的形式,所以,逆变换应为
式中u前面的负号只表示S系相对S′系的速度沿x轴的负方向.
设想S系和S′系坐标原点重合时,从原点发出一个沿x轴方向传播的光脉冲,按光速不变原理,对S和S′系观察者来说,光速都是c。光脉冲波前所在点的空间坐标为:
对S系来说,x=ct,
对S′系来说,x′=ct′。
将其分别代入以上两式得:
两式相乘得