狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换

7-1\2 狭义相对论的基本原理
洛伦兹变换
第7章 相对论
洛伦兹变换特点
1）
x ' , t ' 与 x, t
v c
成线性关系，但比例系数
1.
2） 时间不独立， t 和 3）
x
变换相互交叉. 伽利略变换。
时，洛伦兹变换
意义：基本的物理定律应该在洛伦兹变换下保
持不变 . 这种不变显示出物理定律对匀速直线运动 的对称性 —— 相对论对称性 .
爱因斯坦的哲学观念：自然 界应当是和谐而简单的.
理论特色：出于简单而归于 深奥.
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洛伦兹变换
第7章 相对论
一
狭义相对论的基本原理
1）相对性原理：物理定律在所有的惯性系中 都具有相同的表达形式 . 相对性原理是自然界的普遍规律. 所有的惯性参考系都是等价的 . 2）光速不变原理： 真空中的光速是常量，它 与光源或观察者的运动无关，即不依赖于惯性系的 选择. 关键概念：相对性和不变性 .
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在相对论以前，H.A.洛伦兹从存在绝对静止以太的 观念出发，考虑物体运动发生收缩的物理过程得出洛 伦兹变换 。在洛伦兹理论中，变换所引入的量仅仅 看作是数学上的辅助手段，并不包含相对论的时空观。 爱因斯坦与洛伦兹不同 ，以观察到的事实为依据， 立足于两条基本原理：相对性原理和光速不变原理， 着眼于修改运动、时间、空间等基本概念，重新导出 洛伦兹变换，并赋予洛伦兹变换崭新的物理内容 。 在狭义相对论中，洛伦兹变换是最基本的关系式，狭 义相对论的运动学结论和时空性质，如同时性的相对 性、长度收缩、时间延缓、速度变换公式、相对论多 普勒效应等都可以从洛伦兹变换中直接得出。
• 欧核中心确认中微子并未超过光速 7-1\2 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换
2012-03-19 09:26:00 来源：光明网
第7章 相对论
2011年9月，欧核中心OPERA实验团队宣布，他们发现中微子 超过了光速。这挑战了爱因斯坦狭义相对论，一度搅动了物理学 界一池静水，更几乎轰动了世界。然而今年2月的一次重新测试 则表明，该实验可能存在两处问题――GPS同步没有纠正好，以 及连接GPS和原子钟的光缆没接好，出现了松动。 美国福克斯新闻网在第一时间报道这则消息时，给出标题为《爱 因斯坦可高枕无忧》。文章调侃道：“现在爱因斯坦在他的坟墓 里可以松一口气了，中微子毕竟没能跑得比光快。”而 “OPERA团队也已极其不好意思地承认了可能是根出故障的光 缆导致了误差的产生”。 去年欧核中心的OPERA中微子实验本来目的是要验证中微子形 态的转换（即中微子振荡），但这个实验的副产品――中微子速 度的测量，却引来了更大的轰动。如今该事件已盖棺定论，只能 说：“超光速”这个副产品实在让人有点伤不起。 欧核中心项目负责人贝尔托卢奇则有点替OPERA团队抱不平： “不管这结果变成了什么样，OPERA团队都曾为了完善科学的 公正，开放了其测量数据并接受了广泛的监督。”
伽利略变换与狭义相对论的基本原理不符 .
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和光速不变紧密联系在一起的是：在某一惯性系 中同时发生的两个事件，在相对于此惯性系运动的另 一惯性系中观察，并不一定是同时发生的 .
说明同时具有相对性，时间的量度是相对的 .
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Albert Einstein ( 1879 – 1955 ) 20世纪最伟大的物理学家, 于 1905年和1915年先后创立了狭义相 对论和广义相对论, 他于1905年提 出了光量子假设, 为此他于1921年 获得诺贝尔物理学奖, 他还在量子 理论方面具有很多的重要的贡献 .
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中微子是一种极为神秘的物质，在科学界有“鬼粒子” 之称。虽然中微子在宇宙广泛出现，但是极难探测得 到，科学家对它所知不多，1934年才确定它的存在， 直至2000年左右才确认中微子有质量。中微子从星体 核聚变中产生，太阳便是其中一个产生地点。中微子 是一种基本粒子，不带电，质量极小，几乎不与其他 物质作用，在自然界广泛存在。太阳内部核反应产生 大量中微子，每秒钟通过我们眼睛的中微子数以十 亿 计。
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爱因斯坦错了吗？——试析OPERA实验测量到中微子 大于光速传播的结果 报告人：季向东 教授 上海交通大学物理系 上海交通大学讲席教授、物理系系主任 报告时间：2011年9月27日(星期二) 下午 15:00 pm 最近，意大利国家地下实验室的OPERA实验发表 了一个令人不安的实验结果，能量大约是15GeV 的中微子从瑞士日内瓦飞行到意大利国家地下实验 室（距离730公里）比真空中的光快了大约60纳秒。 这个结果如果是对的话将开辟新的基础物理研究方 向。这个报告将分析OPERA实验，并介绍对超光速 运行的一些理论见解。
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• 洛伦兹变换（Lorentz transformation）是观测者在不同 惯性参照系之间对物理量进行测量时 所进行的转换关系，在数学上表现为 一套方程组。洛伦兹变换因其创立 者——荷兰物理学家亨德里克· 洛伦兹 而得名。洛伦兹变换最初用来调和19 世纪建立起来的经典电动力学同牛顿 力学之间的矛盾，后来成为狭义相对 论中的基本方程组。
逆 变 换
y y'
x ( x' vt ' )
z z' v t (t ' 2 x' )
c
光速在任何惯性
s
z
y
o
s'
z'
y'
v
P( x, y, z, t )
* ( x' , y ' , z ' , t ' )
系中均为同一常量 ，
o'
x' x
利用它将时间测量与
距离测量联系起来 .
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长度的测量是和同时性概念密切相关.
二 洛伦兹变换式
t t ' 0 时，o, o'重合 ; 事件 P 的时空 设： 坐标如图所示 . P( x, y, z, t ) x vt y y'
x'
y' y
1 2
( x vt )
s
s'
z'
v
* ( x' , y ' , z ' , t ' )
v t 2 x v c t' (t 2 x) c 1 2
z' z
z
o
o'
x' x
v c
1 1
2
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x' ( x vt )
正 变 换
z' z v t ' (t 2 x)
c
y' y