狭义相对论产生实验基础和历史条件
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狭义相对论
观测 时间
雷达钟
1 2 d vt 2 t c
2
2
2d t t 2 2 c c v
2
4d
2
1 v 1 c
2
t
t0 v 1 c
2
t
t0 v 1 c
2
t t0
时间延缓
固有时最短，动钟变慢
对观测者来说收缩了。
2、相对于观测者运动的惯性系的时钟系统对观测者
来说变慢了。
3、“同时”是相对的。
4-2-3 狭义相对论动力学
高速运动时动力学概念如何？
基本出发点：
1、所有物理规律在洛仑兹变换下形式不变； 2、低速时转化成相应的经典力学形式。
一、相对论质量、动量
经典力学： 相对论：
v
c
m不变
m?
二、质量和能量的关系
动能定理
Ek F dr
v 0 v dp dr v dp v d (mv ) 0 dt v
v (v dm mdv ) (v 2 dm mvdv)
0
m
m0 v2 1 2 c
m c m v m c
x x’
o
o’ x’ x
z z
u t (t 2 x ) c
其中 1 1
2
z
ut
Z’
1 1 u2
2
逆变换
S S
x x ut y y
z z
u t ( t 2 x ) c
其中 1 1
2
1 u2 1 2 c
2.光速不变原理
在一切惯性系中，光在真空中的速率恒为c ，与 光源的运动状态无关。
第8章 狭义相对论
那么谁说的对呢？爱因斯坦说都对。因为同时 本来就是相对的。
结论 ：沿两个惯性系运动方向，不同地点发生 的两个事件，在其中一个惯性系中是同时的， 在另 一惯性系中观察则不同时，所以同时具有相对意义 ；只有在同一地点， 同一时刻发生的两个事件，在 其他惯性系中观察也是同时的 .
Page 27
二、时间延缓效应
设惯性系 S 以匀速 u 沿 x方向相对惯性系 S 运动，
t t 0 时 O 、 重合，x、x 方向平行。 O
S: r x , y , z , t S: r x, y, z, t r, v, a r , v , a
运 动 的 钟 走 得 慢
Page 28
s
y y 'v s'
d
9 6
12
3
s' 系同一地点 B 发生两事件
发射一光信号 ( x ' , t '1 )
o o'
B
12
x' x 时间间隔 t ' t ' 2 t '1 2 d c
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 .
Page 22
例题 在约定惯性系中 系相对 系的速率 v = 0.6 c , 在 系中观察一事件发生的时 空坐标为 t = 2×10 - 4 s, x = 5×10 3 m , 则 该事件发生在 系中的时空坐标为
s， m。
Page 25
爱因斯坦火车 B’
中点
同时到达A’、B’ A’
K’系 地面的观测者说：光源在地面AB的中点，应同时 先到B’点 到达AB两点，在火车上先到达B’点，后到A’点。 A B 再到A’点 K系 中点 A’ B’ K’系 B A K系 火车上的观察者说：光源在火车中点，光速为C ，故必同时到达A’、B’点。
大学物理相对论总结
相对论
基本内容
1、力学相对性原理、伽利略变换；狭义相对论产生 根源、实验基础和历史条件；狭义相对论的基本原理、 洛仑兹变换。 2、狭义相对论时空观：同时的相对性、长度收缩、 时间延缓、因果律。 3、狭义相对论质速关系、相对论动力学基本方程、 相对论动能、静能总能和质能关系、能量和动量的关 系。
1
内容提要
2、长度的收缩（运动物体在运动方向上长度收缩）
在s' 系中测量
l0 x'2 x'1 l'
l l' 1 2 l0
固有长度
y y'
s
s' u
x'1
l0
x'2 x'
o
z
o'
z'
x1
x2
x 5
3、时间的延缓
t t'
1 2
固有时间 ：同一地点发生的两事件的时间间隔 .
t t' t0 固有时间
解：
S ( x1, t1) (x2,t2 ) S′ ( x1, t1) ( x2 , t2 )
x2 x1 1m t1 t2
x2 x1 ?
x2
x1
x2
ut2 (x1 ut1) 1 u2 c2
1 1u2 c2
9
六、相对论质量和相对论动量
1、动1量）与相速对度论的动关量系p
m0 v
1 2
Ei mic2 (m0ic2 Eki ) 恒量
i
i
i
相对论质量守恒定律 在一个孤立系统内，所有粒子的 相对论总质量
mi 恒量
i
八、动量与能量的关系
E pc
E 2 E02 p2c2
基本内容
1、力学相对性原理、伽利略变换；狭义相对论产生 根源、实验基础和历史条件；狭义相对论的基本原理、 洛仑兹变换。 2、狭义相对论时空观：同时的相对性、长度收缩、 时间延缓、因果律。 3、狭义相对论质速关系、相对论动力学基本方程、 相对论动能、静能总能和质能关系、能量和动量的关 系。
1
内容提要
2、长度的收缩（运动物体在运动方向上长度收缩）
在s' 系中测量
l0 x'2 x'1 l'
l l' 1 2 l0
固有长度
y y'
s
s' u
x'1
l0
x'2 x'
o
z
o'
z'
x1
x2
x 5
3、时间的延缓
t t'
1 2
固有时间 ：同一地点发生的两事件的时间间隔 .
t t' t0 固有时间
解：
S ( x1, t1) (x2,t2 ) S′ ( x1, t1) ( x2 , t2 )
x2 x1 1m t1 t2
x2 x1 ?
x2
x1
x2
ut2 (x1 ut1) 1 u2 c2
1 1u2 c2
9
六、相对论质量和相对论动量
1、动1量）与相速对度论的动关量系p
m0 v
1 2
Ei mic2 (m0ic2 Eki ) 恒量
i
i
i
相对论质量守恒定律 在一个孤立系统内，所有粒子的 相对论总质量
mi 恒量
i
八、动量与能量的关系
E pc
E 2 E02 p2c2
狭义相对论的基本原理和推论
狭义相对论的基本原理和推论狭义相对论，作为现代物理学中的重要理论之一，对于我们理解宇宙的运行规律和空间时间的统一起到了至关重要的作用。
在科学研究中具有重要的意义，本文将对狭义相对论的基本原理和推论进行深入研究，探讨其在物理学中的应用和影响。
第一章狭义相对论的历史背景# 1.1 牛顿力学的局限性牛顿力学是在17世纪由牛顿创立的经典物理学理论，是描述宇宙运动规律的重要工具。
然而，随着科学技术的不断发展和实验数据的不断丰富，人们逐渐意识到牛顿力学在描述高速运动和微观粒子运动时存在一定的局限性。
# 1.2 麦克斯韦电磁理论的挑战19世纪中期，麦克斯韦提出了电磁场理论，将电磁场统一到了一种方程中。
这一理论对于当时的物理学家来说是一个巨大的挑战，因为麦克斯韦的理论预言了电磁波的存在，这种波动介质必然是以光速传播的。
# 1.3 惯性系和相对论原理爱因斯坦在研究运动物体的时候发现，他们的运动与观察者的运动状态息息相关。
这就引出了狭义相对论的概念，即不同惯性系之间的相对运动是没有绝对的意义的。
第二章狭义相对论的基本原理# 2.1 相对性原理狭义相对论的基本原理就是相对性原理，它包含了以下两点内容：一是物理规律在所有惯性系中都是相同的；二是光在真空中的速度在所有惯性系中都是恒定的，即光速不变原理。
# 2.2 同步坐标系和尺缩效应根据狭义相对性理论，两个相对运动的参考系之间的时间和空间的测量是不同的。
当两个时钟相对静止时，它们显示的时间相同，但是当它们相对运动时，它们的时间会出现错位。
此外，根据洛伦兹收缩公式，当一个物体以接近光速的速度运动时，其长度在运动方向上会发生压缩。
# 2.3 双缝实验和时钟测量双缝实验是验证量子力学的重要实验之一，而在狭义相对论中也有类似的实验来验证其基本原理。
在双缝实验中，光同时通过两个狭缝，根据光的波动性质，会出现干涉条纹。
而在时钟测量中，当两个钟相对运动时，它们的时间会有微小的差异，这也是狭义相对论所描述的现象。
6-2狭义相对论产生的实验基础和历史条件
3
6.2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件
第6章 相对论
按照伽利略变换，光速在不同惯性系下的速度不同。 S 系中： 麦克斯韦方程组成立，光速为 c S' 系中：当S' 沿 x 轴正方向运动时，c' = c - v
S'' 系中：当S'' 沿 x 轴负方向运动时，c''= c + v
在不同的惯性系中，宏观电磁现象所遵从的规 律是不同的。 电磁场方程组不服从伽利略变换。
6.2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件
第6章 相对论
人们始终没有测出地球相对以太的运动， 这说明电磁学理论与伽利略变换有矛盾。从而 动摇了整个经典力学的基础。
人们为维护“以太”观念作了种种努力， 提出了各种理论 ，但这些理论或与天文观察， 或与其它的实验相矛盾，最后均以失败告终 。
电磁理论与经典时空观之间的矛盾该如何解决？
第6章 相对论
对于不同的惯性系，电磁现象基本规律 的形式是一样的吗 ？ 1、光速问题 ——电磁学规律与伽利略变换之间的矛盾
根据麦克斯韦方程组，光（即电磁波）在 真空中的传播速度为：
1 8 c 3 10 m / s 是一个恒量，与参照系无关。 0 0
以上结论都得到实验的证明，说明 电磁场理论是正确的。 疑问： 光速 c 是相对那个参照系的速度？
6.2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件
第6章 相对论
6.2 狭义相对论产生的 实验基础和历史条件
1
6.2 狭义相对论产究之后，人们对其 它物理现象，如光和电磁现象的研究也逐步深入。
十九世纪中叶，已经形成了比较完整的电磁理 论——麦克斯韦理论。它预言电磁波的存在，而且也 为实验所证实。
6.2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件
第6章 相对论
按照伽利略变换，光速在不同惯性系下的速度不同。 S 系中： 麦克斯韦方程组成立，光速为 c S' 系中：当S' 沿 x 轴正方向运动时，c' = c - v
S'' 系中：当S'' 沿 x 轴负方向运动时，c''= c + v
在不同的惯性系中，宏观电磁现象所遵从的规 律是不同的。 电磁场方程组不服从伽利略变换。
6.2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件
第6章 相对论
人们始终没有测出地球相对以太的运动， 这说明电磁学理论与伽利略变换有矛盾。从而 动摇了整个经典力学的基础。
人们为维护“以太”观念作了种种努力， 提出了各种理论 ，但这些理论或与天文观察， 或与其它的实验相矛盾，最后均以失败告终 。
电磁理论与经典时空观之间的矛盾该如何解决？
第6章 相对论
对于不同的惯性系，电磁现象基本规律 的形式是一样的吗 ？ 1、光速问题 ——电磁学规律与伽利略变换之间的矛盾
根据麦克斯韦方程组，光（即电磁波）在 真空中的传播速度为：
1 8 c 3 10 m / s 是一个恒量，与参照系无关。 0 0
以上结论都得到实验的证明，说明 电磁场理论是正确的。 疑问： 光速 c 是相对那个参照系的速度？
6.2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件
第6章 相对论
6.2 狭义相对论产生的 实验基础和历史条件
1
6.2 狭义相对论产究之后，人们对其 它物理现象，如光和电磁现象的研究也逐步深入。
十九世纪中叶，已经形成了比较完整的电磁理 论——麦克斯韦理论。它预言电磁波的存在，而且也 为实验所证实。
狭义相对论基础6(北邮修订版)
1 1 u c
6
t
u t 2 x c 2 2 1 u c
4 10 m
t 2 u c x
洛仑兹速度变换式
正变换
vx u v x u 1 2 vx c
vy u2 v y 1 2 u c 1 2 vx c
逆变换
vx
v u x u 1 2 v x c
v y u2 vy 1 2 u c 1 2 v x c
考察
S 中的一只钟
原时 观测时间
x 0
x
x ut 1 u2 c 2 t u x 2 c 1 u2 c 2
两事件发生在同一地点
t
t t 2 t1
t
u u t 2 2 x t1 2 x c c t t 2 t 1 1 u2 c 2 1 u2 c 2 t 2 t1 1 u2 c 2
2 2 2
o o
2
B A
u 12 l (x) (y) l (1 cos 2 ) c l sin arctan 2 2 l cos 1 u c
三、时间间隔的相对性
所研究的问题： 在某系中，同一地点先后发生的两个事件的时间间隔(同 一只钟测量)，与另一系中，在两个地点的这两个事件的时间 间隔(两只钟分别测量)的关系。 固有 时间 观测 时间 一个物理过程用相对于它静止的惯性系上的标准时钟 测量到的时间（原时）。用 表示。 一个物理过程用相对于它运动的惯性系上的标准时钟测 量到的时间（两地时）。用t 表示。
u2 u c (1 2 ) 1 c 有x x ut y y
伽利略变换
z z t t
第4章 狭义相对论基础
物体质量与其运动状态无关： m m
物体间的相互作用与参照系的选择无关：F F ’ 故只要在S系中有 F ma ， 则在S 系也一定有 F ma 。
一切惯性系中，描述运动的力学规 律都是完全相同的. ----力学的相对性原理
9
力学的相对性原理
（1）来源于牛顿的时空观。 时间和空间的测量与惯性参考系的运动无关。
（2）最早由伽利略从实验上提出来。 通过力学实验无法判定一个惯性系的运动状态。 因此，用力学的方法无法寻找绝对静止参照系。 （3）伽利略变换是经典力学时空观的数学体现。
10
§4-2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件 一、历史条件
19世纪的最后一天，欧洲著名的科学 家欢聚一堂。会上，英国著名物理学 家汤姆生（开尔文男爵）发表了新年 祝词。他在回顾物理学所取得的伟大 成就时说：“物理大厦已经落成，所 剩只是一些修饰工作。” 他在展望20世纪物理学前景时，却若有所思地讲道：“动 力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它的美丽 而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了，”“第一朵乌云出现 在光的波动理论上，”“第二朵乌云出现在关于能量均分 的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。”
4
相对论涉及到两个似乎对立的概念：相对性和不变性 相对性：是指观测的相对性，对于一个给定的现象，由于
观测者不同而不同。
不变性：是指一致的部分，对现象观测，有一些方面或一 些规律对不同的观测者都是一样的。
我要说爱因斯坦最大的贡献，这一点没有得到充分强调， 即指出了不变性。什么是不变性？最重要的不变性，爱因斯 坦所认识的不变性，是容易描述的，即首要的是自然定律到 处都一样。
迈克尔逊干涉仪 光路图
15
设地球在“绝对静止”(以太)参考系中的速度为u。 使干涉仪的一臂沿着地球轨道运动方向。
物体间的相互作用与参照系的选择无关：F F ’ 故只要在S系中有 F ma ， 则在S 系也一定有 F ma 。
一切惯性系中，描述运动的力学规 律都是完全相同的. ----力学的相对性原理
9
力学的相对性原理
（1）来源于牛顿的时空观。 时间和空间的测量与惯性参考系的运动无关。
（2）最早由伽利略从实验上提出来。 通过力学实验无法判定一个惯性系的运动状态。 因此，用力学的方法无法寻找绝对静止参照系。 （3）伽利略变换是经典力学时空观的数学体现。
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§4-2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件 一、历史条件
19世纪的最后一天，欧洲著名的科学 家欢聚一堂。会上，英国著名物理学 家汤姆生（开尔文男爵）发表了新年 祝词。他在回顾物理学所取得的伟大 成就时说：“物理大厦已经落成，所 剩只是一些修饰工作。” 他在展望20世纪物理学前景时，却若有所思地讲道：“动 力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它的美丽 而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了，”“第一朵乌云出现 在光的波动理论上，”“第二朵乌云出现在关于能量均分 的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。”
4
相对论涉及到两个似乎对立的概念：相对性和不变性 相对性：是指观测的相对性，对于一个给定的现象，由于
观测者不同而不同。
不变性：是指一致的部分，对现象观测，有一些方面或一 些规律对不同的观测者都是一样的。
我要说爱因斯坦最大的贡献，这一点没有得到充分强调， 即指出了不变性。什么是不变性？最重要的不变性，爱因斯 坦所认识的不变性，是容易描述的，即首要的是自然定律到 处都一样。
迈克尔逊干涉仪 光路图
15
设地球在“绝对静止”(以太)参考系中的速度为u。 使干涉仪的一臂沿着地球轨道运动方向。
狭义相对论出现的实验基础 -回复
狭义相对论出现的实验基础-回复
狭义相对论是爱因斯坦于1905年提出的一种物理理论，它建立在一些实验基础之上。
以下是几个重要的实验基础：1. 米歇尔逊-莫雷实验：在1887年进行的这个实验中，米歇尔逊和莫雷使用干涉仪来测量地球在太空中的运动速度。
实验结果显示，无论地球静止还是在运动中，光的速度都是恒定不变的，这违背了经典力学的预测。
这个实验为狭义相对论的提出提供了基础。
2. 动质量增加实验证据：狭义相对论预测，当物体的速度接近光速时，其质量会增加。
这个效应被称为质量增加。
实验证明，在高能粒子加速器中，高速运动的粒子的质量确实会增加，这与狭义相对论的预测一致。
3. 时间膨胀实验证据：狭义相对论预测，当物体相对于观察者静止时，其时间会相对于观察者的时间流逝更慢。
这个效应被称为时间膨胀。
实验证明，在高速运动的粒子中，观测到粒子的寿命比静止粒子的寿命更长，这与狭义相对论的预测一致。
4. 同步时钟实验证据：狭义相对论预测，两个相对运动的时钟在静止参考系中是不同步的。
这个效应被称为钟慢。
实验观测到，当一个时钟相对于观察者运动时，它的速度会变慢，这与狭义相对论的预测一致。
这些实验提供了狭义相对论理论的基础，支持了爱因斯坦的理论观点。
这些实验结果被广泛接受，并成为现代物理理论的重要组成部分。
(精品)第4讲狭义相对论
狭义相对论
一、狭义相对论的实验基础
1. “以太”理论及其困难
“以太”的提出，是为了解释光在 真空中以及高速的空间中都能传播这一 事实。当时，认为光必须有一个载体才 能传播，而这种载体当光在真空中传播 时更显得必要，为了解释真空不空，笛 卡儿（1596~1650）于十七世纪第一个 提出了“以太”的假说、并把“以太” 描述为：以太是充满整个空间的一种物 质，真空中没有空气，但却有这种无所 不入的“以太”。
时间的流逝和空间的度量与物体的运动没有任 何关系
14
伽利略变换
考虑两个相互作匀速直线运
动的参考系 S和S‘，它们相
应的坐标轴彼此平行， S’
系相对S系的速度为v，沿x 轴正方向。在t = t' =0时刻，
x
两个参考系的坐标原点重合。
伽利略变换
x x vt y y z z t t
2l
v
2
c
实验中采用的数据如下：
l 1.2m
5.9107 m
v 30km/s
N 0.04
1881年迈克尔逊 干涉仪的实验精度
没有观测到条纹的移动！
1887年迈克尔逊和莫 雷合作改进了干涉仪， 光路多次反射达到
l 11m N 0.4
实验结果：没有观测到条纹的移动 以太不存在！
“以太”幽灵
至十九世纪上半叶，当光具有波动性被大 多数物理学家承认时，以太假说又获得了新的支 持，于是十九世纪末的物理学界，牢固地确立了 一种思想，认为有一种到处存在的、能穿透一切 的介质，并充满所有物质的内部和它们之间的空 间，它的作用是作为传播光波的基础。惠更斯把 它叫作“以太”（光以太），后来又被叫做法拉 第管（电磁以太），被认为是引起带电体和磁化 物体之间相互作用的原因。
一、狭义相对论的实验基础
1. “以太”理论及其困难
“以太”的提出，是为了解释光在 真空中以及高速的空间中都能传播这一 事实。当时，认为光必须有一个载体才 能传播，而这种载体当光在真空中传播 时更显得必要，为了解释真空不空，笛 卡儿（1596~1650）于十七世纪第一个 提出了“以太”的假说、并把“以太” 描述为：以太是充满整个空间的一种物 质，真空中没有空气，但却有这种无所 不入的“以太”。
时间的流逝和空间的度量与物体的运动没有任 何关系
14
伽利略变换
考虑两个相互作匀速直线运
动的参考系 S和S‘，它们相
应的坐标轴彼此平行， S’
系相对S系的速度为v，沿x 轴正方向。在t = t' =0时刻，
x
两个参考系的坐标原点重合。
伽利略变换
x x vt y y z z t t
2l
v
2
c
实验中采用的数据如下：
l 1.2m
5.9107 m
v 30km/s
N 0.04
1881年迈克尔逊 干涉仪的实验精度
没有观测到条纹的移动！
1887年迈克尔逊和莫 雷合作改进了干涉仪， 光路多次反射达到
l 11m N 0.4
实验结果：没有观测到条纹的移动 以太不存在！
“以太”幽灵
至十九世纪上半叶，当光具有波动性被大 多数物理学家承认时，以太假说又获得了新的支 持，于是十九世纪末的物理学界，牢固地确立了 一种思想，认为有一种到处存在的、能穿透一切 的介质，并充满所有物质的内部和它们之间的空 间，它的作用是作为传播光波的基础。惠更斯把 它叫作“以太”（光以太），后来又被叫做法拉 第管（电磁以太），被认为是引起带电体和磁化 物体之间相互作用的原因。
狭义相对论
x2 x1 令:u t 2 t1
t2 t1 ,
t1 t2
uv c 2
vc
uc
信号传播是一个物理过程，传输时必然伴随能量。因此只要能量传输的速 度不超过 c，则因果关系就不会倒置。
§6.3 相对论的时空理论
3、同时的相对性
1、同时同地事件
t1 t 2，x1 x2
§6.3 相对论的时空理论
三、运动时钟的延缓 根据经典理论： t t2 t1 t'
根据相对论理论：
':
'
t' t2' t1'
——固有时（原时）
v t1
x0
'
v t2
x0
t2
: t
t ' vx' c 2 1 2
t1 x1
§6.2 相对论的基本原理 洛伦兹变换
间隔不变性 （1）时空基本属性的两条基本假设： ① 空间均匀性 选择时空任意一点作为坐标系的原点， 任一时间为起点都不应改变物理规律，即空间是平权的，没 有特殊点存在。 ② 空间各向同性 选择不同取向的坐标轴都不会影响物理 规律，即空间不存在一个特殊的方向，各方向都是平权的。
复习：
相 对 论 的 基 本 原 理
2 2 2
间 隔 不 变 性
洛 伦 兹 变 换
S c (t ) [(x) (y) (z) ]
2 2 2
§6.3 相对论的时空理论
1、相对论时空结构
光锥---间隔分类的几何意义
再论间隔 设第一个事件时空坐标(0,0,0,0),第二个事件任意 (x,y,z,t)则 s 2 c 2t 2 r 2 r 2 x 2 y 2 z 2 , 为空间间隔.
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s
G T
M2 （从 s'系看）G M2
M1
v
c c2 v2
- v
M2
-
v
G
c c2 v2
4.2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件 第四章 狭义相对论
GM2 GM1 l
s
T
M2 G
v
M1
G M1 Gቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
G M2 G
t1
c
l
v
c
l
v
t2 c
2l 1 v2
c2
Δ
ct
l
v2 c2
若将仪器旋转90°，则光程差由正转负：
2、电磁现象服从相对性原理。
4.2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件 第四章 狭义相对论
三、爱因斯坦的狭义相对论基本原理
1.相对性原理 一切物理规律在任何惯性系中形式相同
2.光速不变原理 在一切惯性系中，光在真空中的速率恒为c
讨论 1 Einstein 的相对性理论 是 Newton理论的发展
一切物 理规律
解释天文现象的困难 夜空的金牛座上的“蟹状星云”，是900多年
前一次超新星爆发中抛出来的气体壳层。
A c V
Bc
l
tA
c
l V
tB
l c
l 5千光年 抛射速度V 1500 km/s
结论：在25年持续看到超新星爆发时发出的强光。
史书记载：强光从出现到隐没还不到两年。 矛盾
4.2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件 第四章 狭义相对论 从麦克斯韦方程组可得两条结论： 1、光在真空中的速度是一个恒量，与参考系 的选择无关。
(相对性)
4.2 洛仑兹变换式
一、洛仑兹变换的导出
t t 0 o o 重合
y
y’
[s]
[S’]
p
S Px, y, z, t
o
o’
x x’
S Px, y, z,t
ut
x’
z
Z’
x
寻找 两个参考系中相应的 坐标值之间的关系
有 y y z z
力学 规律
4.2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件 第四章 狭义相对论
附注： 迈克尔孙 — 莫雷实验
1、建立绝对参照系，并认为光在相对于绝对参照系运动的参照 系中沿各个方向的速度是不同的。如果能借助某种试验方法测 出光相对于以太的速度，那么以太参照系也就被确定了。
2、实验装置：迈克耳逊干涉仪，
s' 设“以太”参考系为S系，实验室为 系
讨论
1 Einstein 的相对性理论 是 Newton理论的发展
一切物 理规律
力学 规律
2 光速不变与伽利略变换 与伽利略的速度相加原理针锋相对
革命性
3 观念上的变革
时间标度 牛顿力学 长度标度
质量的测量
与参考系无关
速度与参考系有关 (相对性)
狭义相对 论力学
光速不变
长度 时间 质量 与参考系有关
N
2Δ
2l
v2
c2
N
2Δ
2l
v2
c 2
l 10m, 500nm, v 3104 m/s
N 0.4 仪器可测量精度 N 0.01
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实验结果
N 0
未观察到地球相对于“以太”的运动.
人们为维护“以太”观念作了种种努力， 提出了各种理论 ， 但这些理论或与天文观察，或与其它的实验相矛盾，最后均以 失败告终 .
4、实验结果：并没有发现条纹的移动——即证明以太并不存在。
否定“以太”所引起的困惑：相对性原理只适用于牛顿定律， 而不能用于迈克斯韦的电磁场理论 。
爱因斯坦坚信世界的统一性和合理性否定了牛顿的绝对时空观， 于1905年提出了“狭义相对论”。
三、爱因斯坦的狭义相对论基本原理 1.相对性原理 一切物理规律在任何惯性系中形式相同 2.光速不变原理 在一切惯性系中，光在真空中的速率恒为c
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二、狭义相对论产生的实验基础和历史条件
伽利略变换的困难 1) 电磁场方程组不服从伽利略变换 2) 光速c 3) 高速运动的粒子
迈克耳孙-莫雷实验 测量以太风 零结果
洛仑兹的收缩假设与变换理论
庞加莱的相对性原理
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