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1、第六篇 近代物理基础,十九世纪末物理学已经发展成为一套相当完整的理论：,力学：牛顿力学； 电磁学、光学：麦克斯韦电磁场理论； 热学：热力学和统计物理学。,十九世纪末二十世纪初，经典物理学无法解释许多新的实验：,迈克尔孙莫雷实验；黑体辐射；光电效应；康普顿效应；原子光谱等。,经典物理学遇到了极大的困难！,1900年普朗克提出能量子假设； 1905年爱因斯坦提出相对论和光子假设； 1913年玻尔提出氢原子半经典理论； 1924年德布罗意提出实物粒子和光一样具有波粒二象性假设。,诞生了相对论和量子力学,为了解决这些困难,相对论和量子力学是近代物理学的两大支柱，也是许多基础科学和工程科学的基础。,相对
2、论分为狭义相对论和广义相对论.,狭义相对论揭示了时间、空间和运动的关系.研究：,惯性系中的物理规律； 惯性系间物理规律的变换。,广义相对论揭示了时间、空间和物质分布的关系.研究：,非惯性系中的物理规律及其变换。,第十五章 狭义相对论,一、牛顿力学时空观,t 时刻在空间某处发生的一个物理现象称为事件。例如：车的出站、进站，火箭的发射，导弹的爆炸等等。,1.事件,某一事件可以用时空坐标p(x、y、z、t ) 表示.,2.时空坐标,时间和空间的测量不依赖于惯性参考系.,3.牛顿的时空观,15-1 力学相对性原理,牛顿的时空观可通过伽利略变换来体现.,二、伽利略变换,伽利略变换就是由牛顿的时空观给出某
3、一事件在不同惯性系之间时空坐标的变换关系.,设两惯性系： S、S ,同一事件在s系中表示为 p(x，y，z，t)，在S中表示为p( x，y，z,t）.,S相对于S 以速度为u作匀速直线运动，对应轴平行，且x、x轴重合。当t = t=0时，O 和O重合,在S和S 中，p点事件的时空坐标分别表示为p(x，y，z，t)和p( x，y，z ,t）.,1.伽利略坐标变换,得到逆变换,在公式中将 含量 换为 不含量 不含量 换为 含量 u 换为 -u,矢量式：,或,2.伽利略速度变换公式,3.伽利略加速度变换公式,在牛顿定律中，质量和速度无关，力和参考系无关，所以,宏观低速物体的力学规律在任何惯性系中形式
4、相同。,可见伽里略变换和力学相对性原理是协调一致的。,三、力学相对性原理,牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变称为力学相对性原理.,如：动量守恒定律（以两质点碰撞为例）,动量守恒定律在伽利略变换下形式不变.,一切力学规律在不同的惯性系中有相同的形式。,1、力学相对性原理,最早由伽里略从实验上提出来，即通过力学实验无法判定一个惯性系的运动状态。,2.一切惯性系在力学上是等价(平权)的,没有哪个惯性系更优越。特殊的、绝对的惯性系是不存在。,3.在一惯性系中作任何力学实验都无法确定该惯性系是静止还是匀速直线运动,讨论:,四、据伽利略变换，可得到经典时空观,1.同时的绝对性,在同一参照系中，两个事件同时发生,据伽利略变换，在另一参照系中，,结论：在一个惯性系中两个事件同时发生，那么在其他惯性系中两个事件也一定同时发生。,同时的绝对性！,2.时间间隔的测量是绝对的,在同一参照系中，两个事件先后发生，其间隔为,在一个惯性系中测量出两个事件的时间间隔，在其他惯性系中，两个事件的时间间隔不变。,时间间隔的绝对性！,据伽利略变换， 在另一参照系中，,3.长度测量的绝对性,当杆的方向沿x轴方向时，长度是杆的两端的坐标差。,选车子为s 地面为s系,在s系中，杆的长度为,杆相对于s系静止,的测量可以不同时,据伽利略变换,长度测量是绝对的！,在s系中，杆的长度为,
