相对论PPT课件

三、狭义相对论的时空观
1、“同时”的相对
性yBiblioteka yP1 ( x1 , t1 ) ( x1 , t1 )
o
u
P1
o
( x 2 , t 2 ) P2 ( x2 ,t2 )
x x
z
z
由洛仑兹变换有：
t t2 t1
u c2
x
1 2
除非x0 ，否则t 0 ，两件事不是同时发生的。
结论：
在一个惯性系中同时发生的两件事，在其 它的惯性系中不一定是同时发生的,即同时性是 相对的.
（1）经典电子论的创立者----洛仑兹力； （2）洛仑兹变换---推动了相对论的建立； （3）教育家-----无数的科学家是他的学生。
x
x ut
1
u2 c2
y
y
z z
t
t
u c2
x
1
u2 c2
S系 y
P(x, y, z, t)
y
(x, y, z, t)
u
o z
o
x x z
S’系
这就是洛仑兹时空坐标变换式
打开原子核的大门，原子核会分裂； 原子武器和原子能。
总之，这些发现向我们打开了一个全新的世界。
驱散这两朵乌云导致： 相对论的诞生！ 量子论的诞生！
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。
§1 力学（伽利略）相对性原理 伽利略变换 §2 狭义相对论 §3 广义相对论简介
伽变换蕴含绝对时空观：时间测量、空间测量与参 考系运动无关，时间和空间也不相联系
二、力学相对性原理
S Fma
S F m a
Fm a
Fm a
力学相对性原理
力学规律在一切惯性系中都有相同的形式
§2 狭义（爱因斯坦）相对性原理 洛仑兹变换
爱因斯坦 (1879.3—1955.4) 1921年获诺贝尔物理奖 (光电效应)
我方飞行员
通常：地面指挥中心叫静止坐标系S，结果P (x, y,z,t).
我方飞机相对地面指挥中心运动，叫运动坐标
系S', 结果P (x,y,z,t.)
以后，只研究：S’系相对于S系沿x轴以速度u运动：
S系
y
y
P(x, y, z, t)
(x, y, z, t)
u
o z
o z
x x
S’系
S系 P(x,y,z,t) P事件
令： u
c
x
x ut 1 2
y y z z
t
t
u c2
x
1 2
洛仑兹正变换
x
x u t 1 2
y y z z
t
t
u c2
x
1 2
洛仑兹逆变换
x
x ut 1 2
y y z z
t
t
u c2
x
1 2
讨论：
1、时间与空间不可分割
2、u<<c 退化为伽利略变换
z
x x
S’系
x x2 x1 S系： y y 2 y 1
z z2 z1
x x 2 x 1 y y 2 y 1 S'系： z z 2 z 1
t t2 t1
t t 2 t1
x
x ut 1 2
y y z z
t
t
u c2
x
1 2
3、u>c ,变换式失去意义， 光速是一切物体运动速率 的极限
两事件：
S系 y
P( x , y ,z ,t )
( x, y,z,t )
o
（如发射炮弹） z
P( x , y ,z ,t ) ( x , y ,z ,t )
（如击中目标）
y
P1
P2
u
o z
x x
S’系
S系 y
y
P1
P2
u
o
o
两件事的时空间隔：z
2、空间间隔的相对性（尺缩效应）
看一根运动的棒：沿ox或o'x'轴运动，S'固 定在棒上，S系为静止坐标系（即棒相对于S系 以速度u运动）。两个坐标系的观察者如何测量 棒的长度？
S
S
u
P1
l
P2
x x
S
S
P1 ( x1 , t ) P2 ( x 2 , t )
u
( x1 , t1 ) ( x 2 , t 2 )
2、经典电磁理论对热 辐射解释的失败。
Plank普朗克的老师约利在给普朗克 的信中劝他不要选物理学作为自己的研 究方向。他认为：青年人不应毁掉自己 的一生，不值得选择一种将来不会有任 何发展前景的事去做。在这种思潮下， 物理学的发展处于停滞状态。
二十世纪的重大发现：
1、J.J.汤姆逊和A.密立根 J．J．汤姆生发现电子
S‘系 P(x,y,z,t)
变换关系：如伽利略变换关系（经典） 洛仑兹变换关系（相对论）
§1 伽利略变换与力学相对性原理
一、伽利略变换
x x ut
y y
u
S S
P(x, y,z,t)
伽利略变换 y y z z
ut
(x,y,z,t)
t t
（正变换）
0 0 z z
x x
由伽利略变换有
vv-u aa
美国科学家密立根 测得电子电量 e1.5 91 019 C
electron
意义：打开了原子世界的大门，电子是比氢原 子更小的粒子--第一个基本粒子。
2） (伦琴,德国）：1895年11月8日。第一个荣获 诺贝尔物理学奖的科学家。
重要意义： x 射线是什么？电磁波还是粒子？ --重大的应用价值。
3、贝克勒尔（法国）和居里夫人（波兰）。
事件P： 即某一时刻在空间某一点发生的某一“现 象”，如：飞机的起飞，火车进站，爆炸，等。
测量及结果：物理上用仪器确定事件空间、时间、温 度、速度等的行动，测得的数据即为结果。显然，对 同一事件P，不同的观察者，其测量的结果是不一样 的，因为不同的观察者，所处的角度不同（参照系）。
敌机（目标）
地面指挥中心
P1 l P2
x x
静长： （固有长度）
l0 x2 x1
动长： l x2x1
S系的观察者必须同时记下棒两端的坐标
(动长的测量两端点必须同时进行 )
x x ut
1 2
l l0
1
u c
一、爱因斯坦假设
(1)狭义相对性原理
一切物理定律在所有惯性系中都是相同的,即所有 惯性参考系都是等价的，没有一个至高无上的惯性系
(2)光速不变原 理
在所有惯性系中，光速等于恒定C，它不依赖于惯性系
之间的运动，也与光源、观察者的运动无关
二、洛仑兹变换
H.A.Lorentz( 洛 仑 兹 ) : 1853~1928，荷兰物理 学家、数学家。主要 贡献：
1899年除夕夜的欧洲著名科学家的新 年聚会上，大会主席开尔文贺词中说： “19世纪已将物理学的大厦全部建成，今 后的任务是如何修饰完善这所大厦了”， 接着又说：“在物理学的晴朗天空里还存 在着两朵小小的乌云：”
二十世纪物理学天空的两朵乌云：
1、 以太是否存在？ (迈克尔逊莫雷)实验结 果否定了以太的存在