相对论15-1力学相对性原理

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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：,十九世纪末二十世纪初，许多新的实验经典物理学无法解释：,经典物理学遇到了极大的困难！,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；放射性等实验。,经典物理学,物理学的大厦已经建成，似乎可以解释一切物理现象！,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具有波粒二象性假设。,诞生了 相对论 和 量子力学,为了解决以上这些经典物理学无法解释的现象,解决了高速和微观问题,近代物理学,相对论基本原理,相对论,狭义

2、相对论揭示了时间、空间、质量、能量和运动的关系。 研究内容：惯性系中的物理规律及其变换。,广义相对论揭示了时间、空间和物质运动的关系。 研究内容：一切参照系（非惯性系）中的物理规律及其变换。,本章内容,内容提要,狭义相对论基础主要内容,一、牛顿时空观,某一事件可以用时空坐标 p(x、y、z、t ) 表示.,2.时空坐标,时间和空间间隔的测量不依赖于惯性参考系！,3.牛顿时空观,两事件的时间间隔：,两事件的空间间隔：,长度和时间的测量彼此独立且与参考系无关。,15-1,力学相对性原理与经典时空观,牛顿的时空观可通过伽利略变换来体现.,二、伽利略变换,设两惯性系： S、S ,一事件在s系中表示为

3、p(x，y，z，t )， 该事件在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轴与x轴重合。 当t = t=0时， O 和O重合。,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,正变换,若事件在S坐标系时空坐标确定（x,y,z,t）， 该事件在S/系中的时空坐标为（x/ , y/ ,z/ , t/）,矢量式：,或,伽利略坐标变换矢量式,伽利略坐标变换！,2.伽利略速度变换公式,对,伽利略速度变换！,3.伽利略加速度变换公式,伽利略速度变换！,在牛顿定律中，质量和速度无关，力和参考系无关，所以

4、,力学相对性原理：在惯性系中力学规律都相同。,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,牛顿定律在所有惯性系中都适用。,因为所有力学规律都由牛顿定律推到得到,力学相对性原理： 所有惯性系中的力学规律都有相同的形式。,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,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,力学相对

5、性原理的几点讨论:,四、伽利略变换下的经典时空观,1.同时的绝对性,在一参照系中，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,杆相对于s系运动,必须同时测量,完,本次课程内容结束,