.,背景,一是19世紀末經(jīng)典物理學(xué)趨于完善；,二是出現(xiàn)兩朵烏云,熱輻射紫外災(zāi)難,以太否定性結(jié)果,主體是,相對論,量子力學(xué),應(yīng)用,學(xué)科：,原子與分子物理學(xué),凝聚態(tài)物理,材料技術(shù),技術(shù)：,天體物理,電子技術(shù),激光技術(shù),原子能技術(shù),近代物理學(xué)基礎(chǔ),內(nèi)容,.,相對論,狹義相對論,廣義相對論,1905年愛因斯坦提出的，是一種僅適用于慣性系，從時間和空間的基本概念出發(fā)將力學(xué)和電磁學(xué)統(tǒng)一起來的概念,1916年愛因斯坦等人提出的，適用于非慣性系，是包含引力的相對性理論，是相對論天體物理學(xué)，高能天體物理學(xué)和宇宙學(xué)的理論基礎(chǔ),第十七章狹義相對論,.,一、力學(xué)的相對性原理,力學(xué)規(guī)律在所有慣性系中都是等價的，具有相同形式。,二、伽利略變換,相對性原理的數(shù)學(xué)表達式，是建立在經(jīng)典時空觀基礎(chǔ)上的不同參照系之間的時空變換關(guān)系。,伽利略航船現(xiàn)象1632年,表述1：,在任何一個慣性參照系中，不可能通過,任何力學(xué)實驗判定這個參照系是處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)。,表述2：,.,S與S關(guān)系如下：,伽利略坐標變換式,伽利略速度和加速度變換式,力學(xué)定律形式不變,.,1.同時性是絕對的,S中同時：,S中：,2.時間間隔是絕對的,S中不同時：,S中：,三、經(jīng)典力學(xué)的時空觀,.,3.兩地之間的距離是絕對的,S系:,S系:,經(jīng)典時空觀綜述：,絕對的真實的數(shù)學(xué)時間，就其本質(zhì)而言，是永遠均勻的流逝著，與任何外界事物無關(guān)。,絕對的空間就其本質(zhì)而言，是與任何外界事物無關(guān)，它從不運動，并且永遠不變。,絕對時間和絕對空間的概念加上伽利略相對性原理，便構(gòu)成了經(jīng)典的時空觀。,.,一、絕對參照系的探尋,必要性：牛頓運動定律只有相對于絕對參照系（絕對空間上建立的參照系）成立，這個參照系的存在是牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)。,“以太”：電磁理論確定真空中光速是常數(shù)，與方向無關(guān)。依據(jù)伽利略變換，這個結(jié)論只能相對絕對參照系成立，即絕對靜止以太物質(zhì)是其體現(xiàn),探尋方法：通過探測地球相對以太的運動，證明以太的存在。,二、邁克爾遜-莫雷實驗,邁克爾遜-莫雷1887年設(shè)計測量以太漂移實驗,.,原理：如圖,光路1沿地球公轉(zhuǎn)方向：,光程差,轉(zhuǎn)動90o后：,光程差,條紋移動量是：,預(yù)計0.37個條紋，實驗0.01。,邁克爾遜獲得1907年的諾貝爾物理獎。,沒有運動！,.,以太不存在，光的傳播不需任何媒質(zhì)，可在真空中傳播，以太不能作絕對參照系。,地球上各方向光速相同，與地球運動狀態(tài)無關(guān)。,18521931美國科學(xué)促進協(xié)會主席,美國科學(xué)院院長；,.,一、狹義相對論的基本原理,物理定律在所有慣性系中都是相同的，或者說：所有慣性系都是等價的，不存在絕對參照系。,1.狹義相對性原理,2.光速不變原理,在一切慣性系中，光在真空中沿各個方向傳播速度都是C，跟光源與觀察者相對速度無關(guān)。,基點：,經(jīng)典力學(xué)對天體運動描述的準確性；,電磁場的物質(zhì)性與以太的否定。,基點：電磁理論和邁克爾遜實驗結(jié)果,.,二、洛侖茲變換,前提：滿足光速不變原理和狹義相對性原理,當(dāng)uc時，換原為伽利略變換,表示：,取如下線性變換,計算整理得出洛侖茲變換式：,.,其中：,注意：,當(dāng)uC時,轉(zhuǎn)換為伽利略變換,式中,.,一、同時的相對性,.,1o若,則,在S系中同一地點同時發(fā)生兩件事，在S系中也是同時發(fā)生。,2o若,稱為同時的相對性,則,例：愛因斯坦列車,列車：,地面：,A先，B后,同時收到,.,3o時序的相對性,保證相對論與因果律不矛盾，應(yīng)滿足運動速度小于光速。,以子彈擊中小鳥為例：,S系：,發(fā)射:,擊中：,S系：,若要滿足,式中：u是S系速度，是子彈速度。,則要滿足,.,二、運動的時鐘變慢,事件E1:,C3C1,事件E2:,C3C2,由洛侖茲變換,.,三、運動的桿縮短,靜止長度,運動長度,由洛侖茲變換：,.,一、質(zhì)量與速度關(guān)系,mo:靜止質(zhì)量,m:運動質(zhì)量,二、相對論動力學(xué)方程,相對論動量表示為：,相對論動力學(xué)方程是：,.,一、相對論的能量,由質(zhì)速關(guān)系，兩邊求導(dǎo)得,（1）（2）聯(lián)立得,設(shè)：物體沿x軸運動，合外力為F,.,1omoc2稱為靜止能量,表明質(zhì)量與能量之間有著固定的、內(nèi)在關(guān)系。,2o注意到,物質(zhì)存在和運動形式變化，不能說物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能量,物體吸收或放出能量時，伴隨質(zhì)量增加或減少,3o注意到如下展開式,在時,E=mc2是相對論總能量,.,二、能量與動量關(guān)系,比較能量與動量表達式：,三、兩個極端情況,這時相對論能量與動量表達式簡化為,.,這時非相對論情況，動、靜能之比有,.,例17-1,1s之后同時被P1和P2接收到。設(shè)S相對S的運動速度為0.8c，求：P1和P2接收到訊號時在S上的時刻和位置。,解：,P1,在S上觀察時,閃光從O點出發(fā)，在S上觀察光訊號于,S系：,P2,S系：,P1,P2,.,例17-2,相距1000m的兩點，而在另一慣性系S中，測得這兩個事件發(fā)生的地點相距2000m。求；,在S系中測得這兩個事件的時間間隔。,解：,由洛侖茲變換,慣性系S中，兩事件同時發(fā)生在x軸上,.,.,地球?；鸺l(fā)射后（火箭上鐘），火箭向地面發(fā)射一導(dǎo)彈，其速度相對于地面u1=0.3c。求；火箭發(fā)射后多長時間，導(dǎo)彈到達地面（地球上的鐘）？假設(shè)地面不動。,例17-3,解：,按地球上的鐘計算，導(dǎo)彈發(fā)射的時間是火箭發(fā)射后,火箭相對于地面以u=0.6c速度向上飛離,.,這段時間火箭在地面上飛行的距離,導(dǎo)彈飛到地球的時間,火箭發(fā)射后到導(dǎo)彈到達地面的時間,.,例17-4,方向平行。在車廂中測得桿長為1.0m，車廂以41.7ms-1的速度行駛。求在地面上測得的桿長。,2設(shè)想人類實現(xiàn)了恒星際航行，將火箭發(fā)射到臨近恒星上去。火箭相對于日心-恒星坐標系的速度為u=0.8c，火箭中靜止放置長度為1.0m的桿，桿與火箭航行方向平行。求在日心-恒星坐標系中測得的桿長。,1一