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1、第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室1879 1955）第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室1879 1955）第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室1879 1955）第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室本 章 主 要 内 容1、力学相对性原理和伽利略变换2、狭义相对论的基本假设3、狭义相对论的时空观4、洛仑兹坐标变换和速度变换5、相对论的动力学问题第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室学 习 难 点* 对狭义相对论的时空观的理解* 运用洛仑兹变换求解运动学问题第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室学 习 方 法摆脱日常生活经验的束缚从基本假设出发进
2、行推理第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室 11典力学时空观一、力学相对性原理 (of 学定律在一切惯性系中数学形式不变* 对于描述力学规律而言，一切惯性系都是平权的、等价的。* 在一个惯性系中所做的任何力学实验，都不能判断该惯性系相对于其它惯性系的运动。第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室 关与托勒密和哥白尼两大世界体系的对话 舟行而人不觉第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室二、伽利略变换 (ozzyss 一物理事件： 质点到达 P 点两个惯性系的描述分别为：) , , , ( , , , ( 第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室两个描述的关系称为 变换, 0
3、 x x x x 逆变换正变换ozzyss 义相对论（ 国药科大学物理教研室伽利略变换中默认了绝对时空速度变换：( ) ( )d x d dx u t x u td t d t d t v v v u 第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室加速度变换： 经典力学规律具有伽利略变换不变性： ： ：第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室三、经典力学的绝对时空观绝对的空间，就其本性而言，是与任何外界事物无关而永远相同和不动的。绝对的、真实的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而均匀地与任何外界事物无关地流逝着。 牛顿长度的量度和时间的量度 (甚至质量 ) 都与参考系无关 ！？（与运动
4、无关？）第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室按牛顿的绝对时空观： 2 2 2( ) ( ) ( )L x y z 2 2 2 ( ) ( ) ( )L x y z 显然，这样的观点有问题！那么，问题在哪里呢？第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室 11义相对论的基本原理 洛伦兹坐标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。一、著名的迈克尔逊 莫雷实验(寻找以太 (十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室若以太存在，以太中光速一定，但地球在以太中运动，对地球上的观察者来说
5、，不同方向的光速应不同，实验中两束光的传播应有时间差。 实验结果是否定的！ 0 ！地球相于与以太的速度为零 ？不可思议！以太是多余的！光线不服从经典的速度合成律， 光速不变！第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室我的实验竟然对相对论这个怪物的诞生起了作用，我对此感到十分遗憾。”伽利略变换不是经典电磁定律的对称操作实验结果说明，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。第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室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。2. 光速不变原理 (of
6、 of )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。二、狭义相对论的基本假设第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室三、洛伦兹变换 (. 时空坐标变换, 0 , , , ( , , , ( ozzyoss 义相对论（ 国药科大学物理教研室222221/1/x 222221/1/x 221 11/第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室* 当速度远远小于 c 时，过渡到伽利略变换。* 两参考系的相对速度不可能等于或大于光速。* 时间坐标与空间坐标相关连。* 物理定律应在洛伦兹变换下保持不变。第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室四、 相对论速度变换公式2
7、221( 1 )( 1 )将带撇的量和不带撇的量互换，同时把 u 可得逆变换。注意22111/第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室2221( 1 )( 1 )2221( 1 )( 1 )第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室例 有一静止的电子枪向相反方向发射甲、乙两个电子。实验室测得甲电子的速率为 乙电子速率为 求一个电子相对于另一个电子的速率。甲 乙o 十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室在 S 系中，乙电子的速率为0 ：设实验室为 S 系，甲电子为 系S系相对于 S 系运动S 0 . 6220 . 7 ( 0 . 6 ) 1 . 30 . 9 21 1 0 . 7 (
8、0 . 6 ) 1 . 4 2u c c cv c cu v c c c c 甲 乙o 十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室 11狭义相对论的时空观洛伦兹变换反映了相对论的时空观S 系中两个事件： ) , 0 , 0 , ( 11 , 0 , 0, ( 22 系： 2 1 2 122 1 2 1 2 12221/ut t x t t t x ) , 0 , 0 , ( 11 ) , 0 , 0, ( 22 第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室不同地点但同时 的两个事件在另一系中 不同时。同一地点、同时 的两个事件 (?)在另一系中也 同时。同地点但不同时 的两个事件在另一系中 不
9、同时。第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室一、长度的相对性（长度收缩） 220 2 1 2 1 / 1 /L x x x x u c 在 S 系中测量 系中的棒长，应：12 S222 1 0 01 / /L x x L u c L 长度收缩 (与观察者相对于被观察物体的运动有关。 为 固有长度 (第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室二、时间的相对性（时间延缓）02 1 0221 / 212 1 0表示 S系同一地点的一个事件， 称为 固有时 (0时间延缓 (与观察者相对于被观察物体的运动有关。 0 称为 固有时(第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室三、同时性的相对性 两个事件 分别在 个地点在t 时刻 同时发生 。11 222 2()()ut t t 2 1 1 22 ( )ut t t x 同时性的相对性 (of 否定了各个惯性系具有统一的时间，否定了牛顿的绝对时空观。 因果次序不会颠倒 。第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室四、因果顺序的绝对性息传递（物体运动）的速度为 2 10 , 0/t t t x x xv x t c 2 / 1 / 0t t u x c t u c 第十一章 狭义相对论（ 国药科大学物理教研室例 静系中 子的平均寿命为 = 0-6 s 。当它以速度为 v = 直飞向地球时 ,求在地球上观察
