相對論,相對論第1講 伽利略變換和經(jīng)典時空觀、洛侖茲變換,主要內(nèi)容,一 牛頓相對性原理和伽利略變換 二 洛侖茲變換,一 牛頓相對性原理和伽利略變換,（一） 牛頓的相對性原理與絕對時空觀,相對于不同的參考系 , 經(jīng)典力學定律的形式是 完全一樣的嗎？ 相對于不同的參考系，長度和時 間的測量結(jié)果是一樣的嗎？,對于任何慣性參考系 , 牛頓力學的規(guī)律都具有 相同的形式 .,經(jīng)典力學認為:,空間的量度是絕對的，與參考系無關(guān)；時間的量度也是絕對的，與參考系無關(guān) .,兩個慣性系S和S，分別建有坐標系 OXYZ 和 OXYZ，相應的坐標軸平行且 X和 X 軸共線；S 系相對于 S 系以速度 u 沿 X軸正方向作勻速直線運動；當 O 和 O 重合時，兩系中的時鐘各自開始計時，即 t=t=0；,（二） 伽利略變換,觀察者分別用相對本系統(tǒng)靜止的尺子和時鐘測量同一事件 P 的空間坐標和時間坐標,事件：,某時刻在空中某處發(fā)生的一件事情。,約定系統(tǒng)：,1、兩個基本概念,伽里略坐標變換：,P(x , y , z , t ),或,2、伽利略變換,速度變換式為,或,加速度變換式為：,自然界存在著相互獨立且與物質(zhì)運動無關(guān)的絕對時間、絕對空間。,3、經(jīng)典時空觀,(1) 同時的絕對性：,(2) 時間測量的絕對性：,(3) 長度測量的絕對性：,測量動桿的長度時，必須同時測量其兩端點的坐標。,因此，所有慣性系都是等價的，沒有一個慣性系處于更優(yōu)越的地位，不能通過在一個慣性系中所做的力學實驗來確定該慣性系本身相對其它慣性系的運動狀態(tài)。,4、 力學的相對性原理,力學定律在一切慣性系中都是相同的。,在一個慣性系中所做力學實驗與在其它慣性系中做力學實驗的結(jié)果相同。,伽利略變換、經(jīng)典時空觀、絕對質(zhì)量、力學相對性原理是一致的！,絕對質(zhì)量：,力與慣性系無關(guān)：,成立,結(jié)果:觀察者先看到投出后的球，后看到投出前的球.,試計算球被投出前后的瞬間，球所發(fā)出的光波達到觀察者所需要的時間. (根據(jù)伽利略變換),二 洛侖茲變換,1光速不服從伽利略變換,若光速服從伽利略變換，必然存在一個特殊的參考系, 以太,通過電磁現(xiàn)象可以找到它！,2狹義相對論的基本原理,1）愛因斯坦相對性原理：物理定律在所有的慣性系中都具有相同的表達形式 .,2）光速不變原理： 真空中的光速是常量c，它與光源或觀察者的運動無關(guān)，即不依賴于慣性系的選擇.,關(guān)鍵概念：相對性和不變性 .,相對性原理是自然界的普遍規(guī)律.,所有的慣性參考系都是等價的 .,伽利略變換與狹義相對論的基本原理不符 .,設 ： 時， 重合 ; 事件 P 的時空坐標如圖所示 .,3. 洛侖茲變換,注：,(1) 當 時， 洛侖茲變換 伽利略變換。,(2) 給出 是一切物體的速度極限。,正變換,逆 變 換,3. 洛侖茲變換,逆變換：,4洛侖茲速度變換,正變換：,解：,例1：,求在 S 中觀察到的時間間隔和空間距離 。,慣性系 S 和 S 為約定系統(tǒng)， 在 x 軸先后發(fā)生兩個事件，S 系中觀測其空間距離為 時間間隔為,已知：,求：,經(jīng)典力學：,三 狹義相對論時空觀,事件 1 ：車廂后壁接收器接收到光信號. 事件 2 ：車廂前壁接收器接收到光信號.,1、同時的相對性,結(jié)論 ：沿兩個慣性系運動方向，不同地點發(fā)生的兩個事件，在其中一個慣性系中是同時的， 在另一慣性系中觀察則不同時，所以同時具有相對意義；只有在同一地點， 同一時刻發(fā)生的兩個事件，在其他慣性系中觀察也是同時的 .,在 S 系,在 系同時同地發(fā)生的兩事件,運 動 的 鐘 走 得 慢,2 時間的延緩,系同一地點 B 發(fā)生兩事件,在 S 系中觀測兩事件,時間間隔,固有時間 ：同一地點發(fā)生的兩事件的時間間隔 0.,時間延緩 ：運動的鐘走得慢 .,固有時最短,標尺相對 系靜止,在 S 系中測量,在 系中測量,3 尺寸的縮短,時、空、物質(zhì)的運動緊密聯(lián)系，時刻、時間、距離不再具有絕對性。,4、狹義相對論時空觀,“同時”、時間測量、空間距離測量 具有相對性,洛侖茲變換的特點：,時、空坐標互為函數(shù)；,時、空坐標與參考系的相對運動有關(guān)；,時、空、運動不可分割地聯(lián)系在一起。,洛侖茲變換導致：,在 S 系,例2 一長為 1 m 的棒靜止地放在 平面內(nèi)，在 系的觀察者測得此棒與 軸成 角，試問從 S 系的觀察者來看，此棒的長度以及棒與 Ox 軸的夾角是多少？設想 系相對 S 系的運動速度 .,解：在 系,例3 設想有一光子火箭以 速率相對地球作直線運動 ，若火箭上宇航員的計時器記錄他觀測星云用去 10 min , 則地球上的觀察者測得此事用去多少時間 ？,運動的鐘似乎走慢了.,解: 設火箭為 系、地球為 S 系,例二,作 業(yè) 題：,習題19.2,、19.7,、19.11,預習內(nèi)容：,19.3-4節(jié),復習內(nèi)容：,本講,1Einstein（美籍德人，1921）,2Newton（英國）,3Maxwell（英國）,4Bohr（丹麥，1922）,5Heisenberg（德國，1932）,6Galileo（意大利）,7