近代物理

发现绝对运动的实验设想
B
A 光信号 c +u c u .
车厢中点
u
以太海
以太参照系
光在以太中的速度是c，根据伽利略速度变换在车 上的观察者认为：光向A传播速度为 c-u，光向B传播 速度为 c+u。所以，B先接受到光信号。利用两光到 达A、B的时间差可以测出车厢相对于以太的运动速度。
二、迈克耳逊—莫雷实验
u
（o´点对S的速度）
代入方程
x x ut t x t 2 2 2 2 2 x y z c t
可得： ( x ut ) 2 y 2 z 2 c 2 ( x t ) 2
( 2 c 2 2 ) x 2 y 2 z 2 ( 2 2 u 2c 2 ) xt ( c 2 2 u 2 2 )t 2
爱因斯坦生平简介
1940年, 爱因斯坦加入美国国籍. 1945年, 辞去教授职务, 但仍然继续他在普 林斯登研究所的工作, 直到1955年
4月18日逝世, 终年76岁.
爱因斯坦重要论文
1905年, “ 关于光的产生和转化的一个启发性观点 ”
-----推广了普朗克1900年的能量子假说.
“ 论运动物体的电动力学 ”
又
x y z c t
2 2 2 2
2
2 c 2 2 1 比较系数可得： 2 2 u 2 c 2 0 c 2 2 u 2 2 c 2
解得：
1 1 u 2 c 2

u c2 1 u 2 c 2
代入式子
2.借助于光学实验的手段也无法确定惯性参照系自 身的运动状态。
§19.3
狭义相对论
一、狭义相对论基本假设
1、相对性原理（爱因斯坦，1905） 在所有的惯性系中，一切物理定律都是相同的，都 具有相同的数学表达式。即就是说对于描述一切物理现 象的规律来说，所有惯性系都是等价的。
2、光速不变原理
在所有惯性系中，真空中光沿各个方向传播的速率 都等于一个恒量C，与光源和观察者的运动状态无关。
1
c u光 地 u
2往
2返
u光 地 u光 地
c u
2
2
1往
u光 地 c u
u光地 c u
c u
2
2
1返
则：
t1
l1 cu
l2

2
l1 cu

l2
2
2 l1 c
( 1 u 2

2 l2 c
1 c
2
)
1
2
t2
a a
三、经典力学时空观（绝对时空观）
L —在S系测得的两点距离 L´ —在S´系测得的两点距离
L ( x 2 x1 ) 2 ( y2 y1 ) 2 ( z2 z1 ) 2
L ( x x1 ) ( y 2 y1 ) ( z2 z1 ) 2
爱因斯坦生平简介
1933年, 希特勒上台, 他成了纳粹的眼中钉, 排犹运动越 演越烈, 最后巴萨利亚科学院将他除名, 纳粹警
察去他故乡抄家, 所有财产和存款被政府没收 ,
他的著作和书籍在广场付之一炬.此后,他不堪纳
粹政权的迫害,在家人及朋友的帮助下移居美国.
1930年, 美国普林斯登大学创立了一个新的“普林斯登 高 级研究所” , 所长邀请他去那儿做终身研究员, 他欣然前往, 并在那继续他在德国因纳粹迫害而 一度中断的研究工作.
爱因斯坦又到了瑞士, 进入苏黎世工业学院师范
系攻读理论物理学.
1900年大学毕业, 四处找工作, 但没着落, 后经一位朋友
介绍去伯尔尼市联邦专利局工作.
1902~1909年, 在专利局任“三级专员” .
爱因斯坦生平简介
1905年, 他发表了五篇重要论文, 其中有三篇有资格获得 诺贝尔奖. 当时担任德国<<物理学年鉴>>主编
伽利略速度变换式：
u dz dz dt dt
dx dt dy dt dx dt dy dt
vx vx u v v y y v v z z
伽利略加速度变换式：
a x a x a a y y a a z z
逆 变 换
当uc ，0， 变换式 可写作下式：
x y z t
x ut y z t
讨论： 1、若uc，则洛仑兹变换退化为伽利略变换，即 相对论包括了经典力学的内容，经典力学是相对论力学 当物体速度远小于光速时的一种极限情况。 2、在洛仑兹变换中时间和空间密切相关，它们不 再是相互独立的。
迈克耳逊—莫雷利用干涉仪，企图测出地球相对于 以太的运动速度。
M2 S* M1 u
u —地球相对以太的速度（公转速度）
u地 以 u光 地
2
u地 以
2
c
往
c
2
u光 地
返
l2
c u
2
2
c
2
u
u
2
c u
1
u光 以 u光 地 u地 以
2
c +u l1
vx vx u v y v y v v z z
所以说伽利略速度变换是洛仑兹速度变换在低速时 的极限情况。
[例1] 地面参照系S中，在x=1.0106m处，于t=0.02s时刻 爆炸了一颗炸弹。如果有一沿x轴正方向、以u=0.75c速率 运动的飞船，试求在飞船参考系S´中的观察者测得这颗炸 弹爆炸的地点（空间坐标）和时间。若按伽利略变换，结 果又如何？
近代物理
主要内容: 1. 狭义相对论 2. 量子物理基础 3. 原子的量子理论
第十九章 狭义相对论
基本内容
1. 迈克尔逊—莫雷实验 2. 经典力学的时空观 3. 狭义相对论
爱因斯坦生平简介
爱因斯坦(Albert Einstoin, 1879~1955)
1879年3月14日, 出生在德国一个犹太人家庭, 父亲经营 一家小厂, 厂子破产后, 全家搬到意大利, 后来,
c u
2

c u
2
(
1 u
c
2
)
光程差即为：
tc ( t 2 t1 ) c

2 l2 c
1 u
2
c
2
1 u 2
2 l1 c2
将干涉仪转过90°以后有：

2 l2 1 u
2
c
2

2 l1 c
1 u
2
c
2

仪器旋转后，由于光程差发生变化，应该能观察到 干涉条纹的移动。 但是，在实验中并没有观察到干涉条纹的移动。以 后又在不同季节、不同纬度、不同时间进行实验，都没 有观察到干涉条纹的移动。 迈克耳逊—莫雷实验的结果说明： 1.绝对参照系是不存在的；
x y z c t
2 2 2 2
2
设变换为：
x x t t x t
S
S´
o´
u
x´ x
o 才能保证两参照系的相对速度为一常量。
在S系中看o´点（x´=0）：
这一变换是线性的，只有这样
0=x+t 则可得：
dx dt


2、速度变换式
x
x ut 1 u
2
t
dx dt
t ux
c2 c2
c2
u2 1
代入 可得 v x
dx dt
1 1 u
2

c
2

dt dt
1 1 u uv x c2
2
( dx u dt ) dt dt ( v x u )( 1
vx u
二、洛仑兹变换
1、洛仑兹变换式
s s
O O
s
O
ct
O
s ct时刻
如图所示，在 t=0时刻，两参照系的坐标原点重合， 此时在坐标原点发出一光信号（一次闪光）。 在t、t´时刻，在S、S´中光的波前都为一球面（ 相对性原理）。球面方程分别为：
x y z c t
2 2 2 2 2
x x ut t x t
令

u2 c2
，可得洛仑兹变换式：
x x ut 1 2 y y z z t ux c 2 t 1 2
正 变 换
x x ut 1 2 y y z z t ux c 2 t 1 2
的普朗克在收到爱因斯坦关于相对论的第一篇
论文后, 就坚定地支持这棵科学界的新星. 1909年, 任苏黎世大学编外教授. 1910年, 当时属于德国的布拉格大学理论教授出现空缺, 他被推荐为候选人之一,教育部长向普朗克征求 意见, 这位物理学权威说: “如果爱因斯坦的理论 被证明是正确的----这个, 我想没有问题----那么,
§19.2 迈克尔逊—莫雷实验
一、绝对静止参照系 以太
经典电磁理论认为光是在一种称为以太的介质中传 播的。把以太选作为绝对静止的参照系。相对于以太的 运动称作为绝对运动。 根据力学相对性原理，任何惯性系都是等价的，无 法借助力学实验的手段确定惯性系自身的运动状态。 是否可以借助于光学实验的手段来发现相对于以太 的运动呢？
----提出了狭义相对论.
另一篇上提出了著名的质能关系---原子能利用
1907年,
1916年,
“关于相对论原理和由此得出的结论”