《电动力学第三版》chapter6 2相对论的基本的 原理 洛伦兹变换.ppt

第六章
狭义相对论
内容概要
1. 相对论的基本原理
2. 时间的相对性
3. 间隔不变性
§ 狭义相对论的基本原理洛伦兹变换
自然的设计是对称的,不仅力学规律在所有的惯性系中有相同的数学形式,所有的物理规律都应与惯性系的选择无关.
1. 相对论的基本原理
实验结果说明,在所有惯性系中,真空中的光速恒为c ,伽利略变换以及导致伽利略变换的牛顿绝对时空观有问题,必须寻找新的变换,建立新的时空观.
(1) 狭义相对性原理:
一切物理定律在所有的惯性系中具有相同的数学形式.
所有的自然规律在所有的惯性系中都是相同的:
包括牛顿力学描述的力学规律
无特殊的惯性系
物理定律的数学形式与具体的惯性系无关
没有绝对的速度(在船舱中不能通过任何实验确定其速度)
从一个(惯性)系变换到另一个,方程不变
包括电磁现象
(2) 光速不变原理:
在所有的惯性系中,真空中的光速恒为c ,与光源或观察者的运动无关.
爱因斯坦相对性原理
(物理规律在惯性系不变的)相对性原理
伽利略相对性原理
(力学规律在惯性系不变的)相对性原理
相互作用瞬态传播
相互作用传播速度有限性(光速不变)
相对论力学
经典力学
如图,设有一光源和一些接收仪器,我们在惯性系观察闪光的发射和接收. 取光源发出闪光时刻所在点为的原点O. 在上观察,1 s之后光波到达半径为c的球面上,这时处于球面上的一些接收器(图中的P1、P2和P等)同时接收到光信号. 这球面是一个波阵面.
在低速现象中还没有暴露出这种观点的错误, 但是在高速现象中旧时空观与客观实际的矛盾立即显示出来. 光速不变性与旧时空观矛盾的性质可以用一个简单例子说明.
P2
P1
P

′
O O′
再考察在另一惯性参考系′上对所发生的物理事件是怎样描述的. 设′相对于以速度v沿x轴方向运动, 并取光源发光时刻所在点为的原点O′. 即在光源发光时刻,两参考系和′的原点O和O′重合. 当接收器接收到光波时, O′已经离开O. 如图,当P1接收到信号时,O′距 P1较近,而距P2 较远. 但由于′上所测量的光速仍然是c,因此′上的观察者必然认为,光波到达P1的时刻早于到达P2的时刻.
原来在上观察到同时发生的两事件(P1和P2同时接收到光波),在′上看来就变为不同时. 原来在上看到的波阵面是球面P1PP2,而在′上看来,由于光波不是同时到达此面上,因此波阵面不再是P1PP2面,而是另外一个以O′为球心的球面.
从这例子可以看出,光速不变性所导致的时空概念是和经典时空观有深刻矛盾的. 所有最基本的时空概念,如同时性、距离、时间、速度等都要根据新的实验事实重新加以探讨. 相对论的一个主要内容就是关于时空的理论.
时间和空间是运动着的物质存在形式. 时空概念是从物质运动中抽象出来的,而不是独立于物质运动之外的概念. 离开物质及其运动,就没有所谓绝对的时空概念. 在经典力学中,由低速现象抽象出来的时空观带有一定局限性,当我们研究高速现象特别是电磁波传播现象时,发现旧时空观与实验事实相矛盾,这是完全可以理解的. 人们对时空的认识和对一切事物的认识一样,都是在不断的实践中逐步发展和加深的.