15-1 伽利略变换关系 牛顿的绝对时空观18954
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伽利略变换式 牛顿的绝对时空观
同时不同地
2 Δx 0 Δt 0
同地不同时 ------不同时
第十一章 狭义相对论
25
物理 （工）
11-3
狭义相对论的时空观
讨论
v Δt 2 Δx c Δt ' 2 1
S系 S′系 3 Δx 0 Δt 0 ------同时 同时同地 4 Δx 0 Δt 0 ------不同时 不同时不同地 v t 2 x 时 ---同时 c
T
G M1 G
s
l l t1 cv cv
v
v2 Δ ct l 2 c
第十一章 狭义相对论
8
物理 （工）
11-1 M2 M1
伽利略变换 G M2
c 2 v2
经典力学的时空观 M2
s
T
G
v
c
-v
c
-v
G
c 2 v2
（从 s ' 系看）
GM 2 GM 1 l
s
y
o
y
vt
s'
y'
y'
v
x'
o'x
( x ' , y' , z ' )
z z
z'z'
x' x
3
第十一章 狭义相对论
物理 （工）
11-1
伽利略变换
经典力学的时空观
加速度变换
a ax x ay a y
az az
s
y
o
y
vt
s'
y'
y'
v
x'
1伽利略变换关系 牛顿的绝对时空观重点
会吗
经典力学的成就和局限性
在上世纪初，发生了三次概念上的革命，它们深刻地 改变了人们对物理世界的了解，这就是狭义相对论 （1905）、广义相对论（1916）和量子力学（1925）。
概括地讲，牛顿力学在20世纪中受到了三次具有革 命性的严重挑战，这就是1905年爱因斯坦建立的狭义相 对论、1925年前后建立起来的量子力学和20世纪60年代 发现的混沌现象。这就向人们明确地揭示了牛顿力学局 限性之所在。
科学的语言必须准确！必须用物理规律
来表述。
应该用万有引力定律：即认为
下：指向地心。
B君
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 .
第 狭义相对论力学基础
本章内容：4.1 力学相对性原理 伽利略坐标变换式 4.2 狭义相对论的两个基本假设 4.3 洛伦兹坐标变换式 4.4 狭义相对论的时空观 4.5 狭义相对论质点动力学简介
认识相对性：教育人们要脱离自我，客观地看问题。 A君
什么是上？下？ A君说：头朝上。 B君也说：头朝上。 但，A 君 看 B 君，大头朝下！
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.
1895年(16岁)：追光假想实验(如果我以速 度c追随一条光线运动，那么我就应当看到， 这样一条光线就好象在空间里振荡着而停 滞不前的电磁场。可是无论是依据经验， 还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这 样的事情。从一开始，在我直觉地看来就 很清楚，从这样一个观察者来判断，一切 都应当象一个相对于地球是静止的观察者 所看到的那样按照同样一些定律进行。)
经典力学的成就和局限性
在上世纪初，发生了三次概念上的革命，它们深刻地 改变了人们对物理世界的了解，这就是狭义相对论 （1905）、广义相对论（1916）和量子力学（1925）。
概括地讲，牛顿力学在20世纪中受到了三次具有革 命性的严重挑战，这就是1905年爱因斯坦建立的狭义相 对论、1925年前后建立起来的量子力学和20世纪60年代 发现的混沌现象。这就向人们明确地揭示了牛顿力学局 限性之所在。
科学的语言必须准确！必须用物理规律
来表述。
应该用万有引力定律：即认为
下：指向地心。
B君
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 .
第 狭义相对论力学基础
本章内容：4.1 力学相对性原理 伽利略坐标变换式 4.2 狭义相对论的两个基本假设 4.3 洛伦兹坐标变换式 4.4 狭义相对论的时空观 4.5 狭义相对论质点动力学简介
认识相对性：教育人们要脱离自我，客观地看问题。 A君
什么是上？下？ A君说：头朝上。 B君也说：头朝上。 但，A 君 看 B 君，大头朝下！
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.
1895年(16岁)：追光假想实验(如果我以速 度c追随一条光线运动，那么我就应当看到， 这样一条光线就好象在空间里振荡着而停 滞不前的电磁场。可是无论是依据经验， 还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这 样的事情。从一开始，在我直觉地看来就 很清楚，从这样一个观察者来判断，一切 都应当象一个相对于地球是静止的观察者 所看到的那样按照同样一些定律进行。)
15-1伽利略变换关系牛顿的绝对时空观1 共12页
t 时刻，P点时空坐标
S: Px, y, z,t
vt
o
z
o' z'
z z'
x'
x
(x', y', z')
x'
x
S : Px,y,z,t
时空坐标
S S'
正 变
变换公式
换
x'x v t xx'vt'
y ' y 逆 y y'
z' z 变
t' t 换
zz' S'S
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
教学基本要求
一 了解爱因斯坦狭义相对论的两条基本原 理，以及在此基础上建立起来的洛伦兹变换式.
二 了解狭义相对论中同时的相对性，以及 长度收缩和时间延缓的概念，了解牛顿力学的 时空观和狭义相对论的时空观以及二者的差异.
爱因斯坦伟大，但又常常弄不懂这伟大的内容。这使人们想起英 国诗人波谱歌颂牛顿的诗句:
自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中， 上帝说：“让牛顿去吧，”于是一切都成为光明。 后人续写道: 上帝说完多少年之后， 魔鬼说：“让爱因斯坦去吧，”于是一切又回到黑暗中。
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
牛顿力学 麦克斯韦电磁场理论 热力学与经典统计理论
19世纪后期，经典物理 学的三大理论体系使经 典物理学已趋于成熟。
两朵小乌云 迈克耳逊—莫雷“以太漂移”实验 黑体辐射实验
强调
狭义相对论 量子力学
近代物理学的两大 支柱，逐步建立了 新的物理理论。
S: Px, y, z,t
vt
o
z
o' z'
z z'
x'
x
(x', y', z')
x'
x
S : Px,y,z,t
时空坐标
S S'
正 变
变换公式
换
x'x v t xx'vt'
y ' y 逆 y y'
z' z 变
t' t 换
zz' S'S
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
教学基本要求
一 了解爱因斯坦狭义相对论的两条基本原 理，以及在此基础上建立起来的洛伦兹变换式.
二 了解狭义相对论中同时的相对性，以及 长度收缩和时间延缓的概念，了解牛顿力学的 时空观和狭义相对论的时空观以及二者的差异.
爱因斯坦伟大，但又常常弄不懂这伟大的内容。这使人们想起英 国诗人波谱歌颂牛顿的诗句:
自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中， 上帝说：“让牛顿去吧，”于是一切都成为光明。 后人续写道: 上帝说完多少年之后， 魔鬼说：“让爱因斯坦去吧，”于是一切又回到黑暗中。
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
牛顿力学 麦克斯韦电磁场理论 热力学与经典统计理论
19世纪后期，经典物理 学的三大理论体系使经 典物理学已趋于成熟。
两朵小乌云 迈克耳逊—莫雷“以太漂移”实验 黑体辐射实验
强调
狭义相对论 量子力学
近代物理学的两大 支柱，逐步建立了 新的物理理论。
15-1 伽利略变换关系 牛顿力学相对性原理遇到的的困难
第十五章 狭义 相对论
15 – 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
物理学教程 第二版） （第二版）
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
学习方法
摆脱日常生活经验的束缚 从基本假设出发进行推理
第十五章 狭义 相对论
15 – 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
试计算球被投出前后的瞬间， 试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达 到观察者所需要的时间. 根据 根据伽利略变换 到观察者所需要的时间 (根据伽利略变换) 球 投 出 前 球 投 出 后
v c
d
d t1 = c
v v v v c +v
d t 2 = c+v
t1 > t 2
结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球 结果 观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球. 观察者先看到投出后的球
15 – 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
物理学教程 第二版） （第二版）
第十五章 狭义相对论 教学基本要求 一.理解爱因斯坦狭义相对论的两条基本原理， 理解爱因斯坦狭义相对论的两条基本原理， 爱因斯坦狭义相对论的两条基本原理 以及在此基础上建立起来的洛伦兹变换式； 以及在此基础上建立起来的洛伦兹变换式； 二.理解狭义相对论中同时的相对性，以及长度 理解狭义相对论中同时的相对性， 狭义相对论中同时的相对性 收缩和时间延缓的概念； 收缩和时间延缓的概念； 了解牛顿力学的时空观和狭义相对论的时空 了解牛顿力学的时空观和狭义相对论的时空 观以及二者的差异； 观以及二者的差异； 狭义相对论中质量、动量与速度的关系， 三.了解狭义相对论中质量、动量与速度的关系， 以及质量与能量间的关系. 以及质量与能量间的关系.
15 – 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
物理学教程 第二版） （第二版）
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
学习方法
摆脱日常生活经验的束缚 从基本假设出发进行推理
第十五章 狭义 相对论
15 – 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
试计算球被投出前后的瞬间， 试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达 到观察者所需要的时间. 根据 根据伽利略变换 到观察者所需要的时间 (根据伽利略变换) 球 投 出 前 球 投 出 后
v c
d
d t1 = c
v v v v c +v
d t 2 = c+v
t1 > t 2
结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球 结果 观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球. 观察者先看到投出后的球
15 – 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
物理学教程 第二版） （第二版）
第十五章 狭义相对论 教学基本要求 一.理解爱因斯坦狭义相对论的两条基本原理， 理解爱因斯坦狭义相对论的两条基本原理， 爱因斯坦狭义相对论的两条基本原理 以及在此基础上建立起来的洛伦兹变换式； 以及在此基础上建立起来的洛伦兹变换式； 二.理解狭义相对论中同时的相对性，以及长度 理解狭义相对论中同时的相对性， 狭义相对论中同时的相对性 收缩和时间延缓的概念； 收缩和时间延缓的概念； 了解牛顿力学的时空观和狭义相对论的时空 了解牛顿力学的时空观和狭义相对论的时空 观以及二者的差异； 观以及二者的差异； 狭义相对论中质量、动量与速度的关系， 三.了解狭义相对论中质量、动量与速度的关系， 以及质量与能量间的关系. 以及质量与能量间的关系.
伽利略变换关系 牛顿的绝对时空观
自然和自然规律隐藏在黑暗之中， 上帝说“让牛顿降生吧”， 一切就有了光明。
三百年前，牛顿站在巨人的肩膀上，建立了动力学三 大定律。
这三大定律是构 成经典力学的理论基 础，是解决机械运动 问题的基本理论依据。
伊萨克·牛顿爵士 静静地躺在这里。 他以超人的智慧， 第一个证明了， 行星的运动和形状， 彗星的轨道和海洋的潮汐。 他孜孜不倦地研究 光线的各种不同的折射角， 颜色产生的种种性质。 对于自然，历史和圣经 他是一位勤勉，敏锐而忠实的诠释者。 他以自己的哲学证明了上帝的庄严， 并在他举止中表现了福音的淳朴 让人类欢呼吧， 曾经存在过这样一位 伟大的人类之光。
一、伽利略变换式 牛顿的绝对时空观
狭义相对论基础
一、伽利略变换式 牛顿的绝对时空观
引言： 什么是相对论？ 关于空间、时间和物质运动之间相互关系的现
代物理理论
自然和自然规律隐藏在黑暗之中， 上帝说“让牛顿降生吧”， 一切就有了光明。 三百年前，牛顿建立了动力学三大定律。
这三大定律是构成 经典力学的理论基础， 是解决机械运动问题的 基本理论依据。
v
v
u
加速度
变换公式
ax
ax
du dt
ay ay
az az
一、伽利略变换式 牛顿的绝对时空观
加速度变换公式
a'x ax a'y ay
a'z az
a a'
s y s' y'
y y'
vt
o
z z
o' z' z'
u
x'
x
P(x, y, z) * (x', y', z')
三百年前，牛顿站在巨人的肩膀上，建立了动力学三 大定律。
这三大定律是构 成经典力学的理论基 础，是解决机械运动 问题的基本理论依据。
伊萨克·牛顿爵士 静静地躺在这里。 他以超人的智慧， 第一个证明了， 行星的运动和形状， 彗星的轨道和海洋的潮汐。 他孜孜不倦地研究 光线的各种不同的折射角， 颜色产生的种种性质。 对于自然，历史和圣经 他是一位勤勉，敏锐而忠实的诠释者。 他以自己的哲学证明了上帝的庄严， 并在他举止中表现了福音的淳朴 让人类欢呼吧， 曾经存在过这样一位 伟大的人类之光。
一、伽利略变换式 牛顿的绝对时空观
狭义相对论基础
一、伽利略变换式 牛顿的绝对时空观
引言： 什么是相对论？ 关于空间、时间和物质运动之间相互关系的现
代物理理论
自然和自然规律隐藏在黑暗之中， 上帝说“让牛顿降生吧”， 一切就有了光明。 三百年前，牛顿建立了动力学三大定律。
这三大定律是构成 经典力学的理论基础， 是解决机械运动问题的 基本理论依据。
v
v
u
加速度
变换公式
ax
ax
du dt
ay ay
az az
一、伽利略变换式 牛顿的绝对时空观
加速度变换公式
a'x ax a'y ay
a'z az
a a'
s y s' y'
y y'
vt
o
z z
o' z' z'
u
x'
x
P(x, y, z) * (x', y', z')
近代物理基础.
迈克耳孙—莫雷实验
三.经典力学时空观 伽利略变换的假设
力学相对性原理并不是以 绝对时空观为前提的.
①存在不受运动状态影响 的时钟——绝对时间
§2 迈克耳孙—莫雷实验 t t t t
一.问题的提出
•是否有一个与绝对空间相对 静止的参考系？
•如果有,如何判断它的存在?
任何事件所经历的时间在 不同参考系下都是不变的.
②空间任意两点间的距离 与参考系的选择无关.—— 绝对空间.
•显然力学原理不能找出这 个特殊的惯性系,那么电磁 学现象呢?
r' (x')2 (y')2 (z')2
r (x)2 (y)2 (z)2
9
在牛顿力学中,时间,长度,质 量都是伽利略变换不变量.
力学相对性原理并不是以 绝对时空观为前提的.
uuxy
ux uy
v
uz uz
x x vt
y y
z
z
或
t t
x x vt y y z z t t
——伽利略速度变换.
其矢量形式为: u= u + v
6
上式再对时间求导:
aaxy
ax ay
az az
其矢量形式为:
a = a
物体的加速度对伽利略 变换是不变的.
即牛顿定律对S系和S 系有相同的形式.
3
伽利略变换 牛顿的绝对时空观
第十五章.狭义相对论基础 考虑两个惯性参考系S(Oxyz)
§1.伽利略变换 牛顿的绝对时空观
一.力学的相对性原理
牛顿运动定律适用一切 惯性参考系.
和S(Oxyz), 它们的对应坐
标轴相互平行, 且S系相对S 系以速度v沿Ox轴的正方向运 动.开始时,两惯性系重合.
4-1 伽利略变换关系 牛顿的绝对时空观
4 - 2 狭义相对论的基本原理
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 .
伽利略相对性原理
S
S
F F
m
m
a a
F ma F ma
牛顿力学中：
相互作用是客观的，力与参考系无关。 质量的测量与运动无关。 据伽利略变换
a a
宏观低速物体的力学规律在任何惯性系中形式相同
或 牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变
A B
cv
c
l = 5000 光年
A 点光线到达 地球所需时间
l tA cv
B 点光线到达 tB 地球所需时间
l c
理论计算观察到超新性爆发的强光的时间持续约
t t B t A 25年
实际持续时间约为 22 个月, 这怎么解释 ? 物质飞散速度 v 1500km/s
u
P
ut x o o
Z
Z
x
x
速度变换
dr v dt dr v dt
v v x u a a du a a x x x x x dt a a y 正 v v y y y ay a y u 常量 vz vz a az a a z z z
s
y' y
z' z
z
o
z'
o'
x' x
ux t 2 t ' c (t u2 x) 2 c 1
伽利略变换式 牛顿的绝对时空观
第十四章 相对论
18
物理学
第五t版 第五 版
1414-1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观 四 . 力学相对性原理与伽利略变换相协调 要求力学定律在 是否协调 给出不同惯性 系中对运动描 一切惯性系中数 述的关联 ？ 学形式相同 由伽利略速度变换 得加速度变换： 得加速度变换：
v′ ′ = v x − u x v ′y ′ = v y v ′′ = v z z
实验结果与 理论不符
黑体辐射的“紫外灾难” 2. 黑体辐射的“紫外灾难” 三大发现： 三大发现： 电子：1894年 英国， 1. 电子：1894年，英国，汤姆孙 因气体导电理论获1906年诺贝尔物理奖 因气体导电理论获1906年诺贝尔物理奖 1906 2.X射线：1895年 德国， 2.X射线：1895年，德国，伦琴 射线 1901年获第一个诺贝尔物理奖 1901年获第一个诺贝尔物理奖 3.放射性：1896年 法国，贝克勒尔发现铀， 3.放射性：1896年，法国，贝克勒尔发现铀，居里 放射性 夫妇发现钋和镭，共同获得1903 1903年诺贝尔物理奖 夫妇发现钋和镭，共同获得1903年诺贝尔物理奖 物理学还存在许多未知领域，有广阔的发展前景。 物理学还存在许多未知领域，有广阔的发展前景。
第十四章 相对论
17
物理学
1414-1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观
第五t版 第五 版
绝对空间就其本质而言， 绝对空间就其本质而言，是与任何外界事物 无关的，而且是永远相同和不动的。 无关的，而且是永远相同和不动的。 —— 牛顿 空间先于运动存在， 空间先于运动存在，是盛放物质的容器和物质 运动的舞台。 运动的舞台。 3.绝对时空观 绝对时空观 • 时间、空间彼此独立，而且与物质、运动无关。 时间、空间彼此独立，而且与物质、运动无关。 先验框架 • 时间间隔、空间距离的测量与参考系的选择无关。 时间间隔、空间距离的测量与参考系的选择无关。
18
物理学
第五t版 第五 版
1414-1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观 四 . 力学相对性原理与伽利略变换相协调 要求力学定律在 是否协调 给出不同惯性 系中对运动描 一切惯性系中数 述的关联 ？ 学形式相同 由伽利略速度变换 得加速度变换： 得加速度变换：
v′ ′ = v x − u x v ′y ′ = v y v ′′ = v z z
实验结果与 理论不符
黑体辐射的“紫外灾难” 2. 黑体辐射的“紫外灾难” 三大发现： 三大发现： 电子：1894年 英国， 1. 电子：1894年，英国，汤姆孙 因气体导电理论获1906年诺贝尔物理奖 因气体导电理论获1906年诺贝尔物理奖 1906 2.X射线：1895年 德国， 2.X射线：1895年，德国，伦琴 射线 1901年获第一个诺贝尔物理奖 1901年获第一个诺贝尔物理奖 3.放射性：1896年 法国，贝克勒尔发现铀， 3.放射性：1896年，法国，贝克勒尔发现铀，居里 放射性 夫妇发现钋和镭，共同获得1903 1903年诺贝尔物理奖 夫妇发现钋和镭，共同获得1903年诺贝尔物理奖 物理学还存在许多未知领域，有广阔的发展前景。 物理学还存在许多未知领域，有广阔的发展前景。
第十四章 相对论
17
物理学
1414-1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观
第五t版 第五 版
绝对空间就其本质而言， 绝对空间就其本质而言，是与任何外界事物 无关的，而且是永远相同和不动的。 无关的，而且是永远相同和不动的。 —— 牛顿 空间先于运动存在， 空间先于运动存在，是盛放物质的容器和物质 运动的舞台。 运动的舞台。 3.绝对时空观 绝对时空观 • 时间、空间彼此独立，而且与物质、运动无关。 时间、空间彼此独立，而且与物质、运动无关。 先验框架 • 时间间隔、空间距离的测量与参考系的选择无关。 时间间隔、空间距离的测量与参考系的选择无关。
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引言 15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
19世纪末，以牛顿力学（经典力学）、麦克斯韦电 磁场理论（经典电动力学）为代表的经典物理学发展到 了相当完善的程度，在实际应用中取得了空前的成功。
1900年著名的英国物理学家开尔文，这样展望着 二十世纪的物理学：“在物理学晴朗天空的远处，还 有两朵令人不安的乌云 ”。
1 x' 2
x'
x
x
t't
时间的测量是绝对的
伽利略相 对性原理
x' x vt 若沿 x轴放一细棒,求S和 S系中的长度
y' y
z' z
棒两端的坐标为: S(x1, x2 ), S (x1, x2 )
x1 x1 vt, x2 x2 vt
细棒长度: x2 x1 x2 x1 空间的测量是绝对的
迈克尔孙-莫 雷实验
黑体辐射 实验
建立了狭义相对论
建立了量子力学
相对论和量子论是现代科学的两大基石，没有它们， 就没有今天的文明。
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
迈克尔孙—莫雷实验（1881–1887） 当时认为光在“以太”中以速度c 传播
。 设“以太”相对太阳静止。
“还在学生时代，我就在想这个问题了。我 知道迈克尔孙实验的奇怪结果。我很快得出结 论：如果我们承认迈克尔孙的零结果是事实， 那么地球相对以太运动的想法就是错误的。这 是引导我走向狭义相对论的最早的想法。”
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
x
3. 加速度变换公式
a'x ax a'y ay
F
a
ma
a'v
F
伽利略相 对性原理
mav'
在两相互作匀速直线运动的惯性
a'z az 系中，牛顿运动定律具有相同的形式.
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
二 经典力学的基本观点 (1) 经典力学的绝对时空观 时间量度 空间量度 均与惯性系无关
地球公转
B
u
L2
c2 u2
S u
干涉条纹
实验目的：干涉仪 转90°，观测干涉条纹是 否移动？
预算条纹移动0.4条
实验结果：条纹无移 动(零结果)。以太不存在 ，光速与参考系无关。
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
爱因斯坦对迈克尔孙－莫雷实验的评价：
（2）力学相对性原理 : 对于不同的惯性系，牛顿定
律具有相同的形式。
在S系中：
r F
mar
在S´系中：
r F
mar
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
三 新的问题
1865年麦克斯韦建立了完整的电磁理论，其重要
推论是存在电磁波。 对于不同的惯性系，电磁
规律的形式是一样的吗 ？
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
2. 伽利略速度变换公式
u'x ux
u'y uy
v
ur
=
ur
-
vr
u'z uz
质点的速度与惯性系有关
y y'
s s' v
vt
x'
o
z z
o' z'
x
z'
P(x, y, z,t)
* (x ', y ', z ',t)
x'
Albert Einstein ( 1879 – 1955 ) 美籍德国物理学家 主要贡献：
1）1905年，创立狭义相对论、提出光 量子创设；
2）1915年，建立广义相对论；
1921年获得诺贝尔物理学奖
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.
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
一、伽利略变换式 经典力学的相对性原理
1. 伽利略时空坐标变换式
两惯性系 S, S
当 t t' 0 时,o 与 o重' 合
质点在某时刻运动到P点
y y'
s s' o
zz
vt o' z'z'
v P*(x(x',,yy',,zz',,tt))
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
教学要求
1.了解狭义相对论的产生背景，理解其基本原理，理 解经典力学时空观和狭义相对论时空观及二者的关系. 2.掌握洛仑兹变换，理解同时的相对性、长度收缩、 时间膨胀的概念,并能用以分析计算有关的简单问题. 3.理解质量和能量的关系.
真空中的电磁波(光)波速
c 1 2.998 108 m/s
00
对于不同的惯性系, 光速
y
s
s'
y'
v
c
o o'
x'
x
z z'
c ' c v? 演示
满足伽利略变换吗 ？
根据伽利略变换，电磁规 律不满足相对性原理。
伽利略变换
相对性原理 不和谐 电磁规律
19世纪末，以牛顿力学（经典力学）、麦克斯韦电 磁场理论（经典电动力学）为代表的经典物理学发展到 了相当完善的程度，在实际应用中取得了空前的成功。
1900年著名的英国物理学家开尔文，这样展望着 二十世纪的物理学：“在物理学晴朗天空的远处，还 有两朵令人不安的乌云 ”。
1 x' 2
x'
x
x
t't
时间的测量是绝对的
伽利略相 对性原理
x' x vt 若沿 x轴放一细棒,求S和 S系中的长度
y' y
z' z
棒两端的坐标为: S(x1, x2 ), S (x1, x2 )
x1 x1 vt, x2 x2 vt
细棒长度: x2 x1 x2 x1 空间的测量是绝对的
迈克尔孙-莫 雷实验
黑体辐射 实验
建立了狭义相对论
建立了量子力学
相对论和量子论是现代科学的两大基石，没有它们， 就没有今天的文明。
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迈克尔孙—莫雷实验（1881–1887） 当时认为光在“以太”中以速度c 传播
。 设“以太”相对太阳静止。
“还在学生时代，我就在想这个问题了。我 知道迈克尔孙实验的奇怪结果。我很快得出结 论：如果我们承认迈克尔孙的零结果是事实， 那么地球相对以太运动的想法就是错误的。这 是引导我走向狭义相对论的最早的想法。”
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
x
3. 加速度变换公式
a'x ax a'y ay
F
a
ma
a'v
F
伽利略相 对性原理
mav'
在两相互作匀速直线运动的惯性
a'z az 系中，牛顿运动定律具有相同的形式.
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二 经典力学的基本观点 (1) 经典力学的绝对时空观 时间量度 空间量度 均与惯性系无关
地球公转
B
u
L2
c2 u2
S u
干涉条纹
实验目的：干涉仪 转90°，观测干涉条纹是 否移动？
预算条纹移动0.4条
实验结果：条纹无移 动(零结果)。以太不存在 ，光速与参考系无关。
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爱因斯坦对迈克尔孙－莫雷实验的评价：
（2）力学相对性原理 : 对于不同的惯性系，牛顿定
律具有相同的形式。
在S系中：
r F
mar
在S´系中：
r F
mar
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三 新的问题
1865年麦克斯韦建立了完整的电磁理论，其重要
推论是存在电磁波。 对于不同的惯性系，电磁
规律的形式是一样的吗 ？
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2. 伽利略速度变换公式
u'x ux
u'y uy
v
ur
=
ur
-
vr
u'z uz
质点的速度与惯性系有关
y y'
s s' v
vt
x'
o
z z
o' z'
x
z'
P(x, y, z,t)
* (x ', y ', z ',t)
x'
Albert Einstein ( 1879 – 1955 ) 美籍德国物理学家 主要贡献：
1）1905年，创立狭义相对论、提出光 量子创设；
2）1915年，建立广义相对论；
1921年获得诺贝尔物理学奖
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.
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
一、伽利略变换式 经典力学的相对性原理
1. 伽利略时空坐标变换式
两惯性系 S, S
当 t t' 0 时,o 与 o重' 合
质点在某时刻运动到P点
y y'
s s' o
zz
vt o' z'z'
v P*(x(x',,yy',,zz',,tt))
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
教学要求
1.了解狭义相对论的产生背景，理解其基本原理，理 解经典力学时空观和狭义相对论时空观及二者的关系. 2.掌握洛仑兹变换，理解同时的相对性、长度收缩、 时间膨胀的概念,并能用以分析计算有关的简单问题. 3.理解质量和能量的关系.
真空中的电磁波(光)波速
c 1 2.998 108 m/s
00
对于不同的惯性系, 光速
y
s
s'
y'
v
c
o o'
x'
x
z z'
c ' c v? 演示
满足伽利略变换吗 ？
根据伽利略变换，电磁规 律不满足相对性原理。
伽利略变换
相对性原理 不和谐 电磁规律