1、作業(yè)：作業(yè)：練習(xí)二十練習(xí)二十一一 掌握掌握愛因斯坦狹義相對論的兩條基本原愛因斯坦狹義相對論的兩條基本原理，以及在此基礎(chǔ)上建立起來的洛倫茲變換式理，以及在此基礎(chǔ)上建立起來的洛倫茲變換式.二二 掌握掌握狹義相對論中同時的相對性，以及狹義相對論中同時的相對性，以及長度收縮和時間延緩的概念，長度收縮和時間延緩的概念，掌握掌握牛頓力學(xué)的牛頓力學(xué)的時空觀和狹義相對論的時空觀以及二者的差異時空觀和狹義相對論的時空觀以及二者的差異.三三 掌握掌握狹義相對論中質(zhì)量、動量與速度的狹義相對論中質(zhì)量、動量與速度的關(guān)系，以及質(zhì)量與能量間的關(guān)系關(guān)系，以及質(zhì)量與能量間的關(guān)系.第第17章章 狹義相對論基礎(chǔ)狹義相對論基礎(chǔ)概述概

2、述(Summarize)19世紀(jì)末頁，牛頓定律在各個領(lǐng)域里都取得了世紀(jì)末頁，牛頓定律在各個領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動方面不用說，在分子很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的物理方面，成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個能推斷一切內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個能推斷一切電磁現(xiàn)象的電磁現(xiàn)象的 Maxwell方程。方程。另外還找到了力、另外還找到了力、電、光、聲電、光、聲-等都遵循的規(guī)律等都遵循的規(guī)律-能量轉(zhuǎn)化與能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)時許多物理學(xué)家都沉醉于這些成守恒定律。當(dāng)時許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認(rèn)為物

3、理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭績和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。了。 正于是正于是1900年英國物理學(xué)家開爾文在瞻望年英國物理學(xué)家開爾文在瞻望20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展的文章中說到：世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展的文章中說到：也就是說：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后也就是說：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實驗再做一做，在實驗數(shù)據(jù)一輩只要把做過的實驗再做一做，在實驗數(shù)據(jù)的小數(shù)點后面在加幾位罷了！的小數(shù)點后面在加幾位罷了！ 但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實和有眼力的但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到： “但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還

4、有但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，兩朵令人不安的烏云，-” “在已經(jīng)基本建成的科學(xué)大廈中，在已經(jīng)基本建成的科學(xué)大廈中，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了。的修補(bǔ)工作就行了?！?-開爾文開爾文-這兩朵烏云是指什么呢？這兩朵烏云是指什么呢？黑體輻射實驗黑體輻射實驗邁克爾遜邁克爾遜-莫雷實驗?zāi)讓嶒灪髞淼氖聦嵶C明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為后來的事實證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一埸革命的風(fēng)暴，烏云落地化為一埸春雨，一埸革命的風(fēng)暴，烏云落地化為一埸春雨，澆灌著兩朵鮮花。澆灌著兩朵鮮花。普朗克量子力學(xué)的誕生普朗克量子力學(xué)的誕生相對論問世相對論問世這

5、兩朵烏云到底是什么回事呢？這兩朵烏云到底是什么回事呢？經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué)量子力學(xué)量子力學(xué)相對論相對論微觀領(lǐng)域微觀領(lǐng)域高速領(lǐng)域高速領(lǐng)域今天來介紹相對論今天來介紹相對論相對論相對論-關(guān)于時空觀及時空與物質(zhì)關(guān)系的理論。關(guān)于時空觀及時空與物質(zhì)關(guān)系的理論。（所謂經(jīng)典力學(xué)遇到障礙就是經(jīng)典力學(xué)的（所謂經(jīng)典力學(xué)遇到障礙就是經(jīng)典力學(xué)的時空觀出現(xiàn)了問題，相對論從根本上改變時空觀出現(xiàn)了問題，相對論從根本上改變了經(jīng)典的時空觀。）了經(jīng)典的時空觀。）相對論有狹義相對論廣義相對論之分：相對論有狹義相對論廣義相對論之分：關(guān)于慣性系時空觀的理論；關(guān)于慣性系時空觀的理論；狹義相對論狹義相對論 （special relativity

6、）廣義相對論廣義相對論 （General relativity）關(guān)于一般參照系及引力的理論；關(guān)于一般參照系及引力的理論；愛因斯坦愛因斯坦公眾謂之人類最高智慧的象征公眾謂之人類最高智慧的象征愛因斯坦的主要科學(xué)貢愛因斯坦的主要科學(xué)貢獻(xiàn)：獻(xiàn)： 光的量子論、狹義相對光的量子論、狹義相對論和廣義相對論。論和廣義相對論。阿爾伯特阿爾伯特 愛因斯坦愛因斯坦1895年在瑞士阿勞州立中學(xué)學(xué)年在瑞士阿勞州立中學(xué)學(xué)習(xí)。習(xí)。1900年他在瑞士蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)畢業(yè)。年他在瑞士蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)畢業(yè)。1902年在伯爾尼的瑞士專利局被聘為三級技術(shù)員。年在伯爾尼的瑞士專利局被聘為三級技術(shù)員。1905年，愛因斯坦發(fā)表了六篇論

7、文，提出了有劃年，愛因斯坦發(fā)表了六篇論文，提出了有劃時代意義的時代意義的“光的量子論光的量子論”、“狹義相對論狹義相對論”和和“布朗運(yùn)動理論布朗運(yùn)動理論”。 1、狹義相對論、狹義相對論 僅限于慣性參照系，特別對微觀高速運(yùn)動的粒子僅限于慣性參照系，特別對微觀高速運(yùn)動的粒子（1）狹義相對論的兩個基本原理）狹義相對論的兩個基本原理a、相對性原理、相對性原理b、光速不變原理、光速不變原理（3）有關(guān)時空結(jié)構(gòu)和物質(zhì)、運(yùn)動聯(lián)系的一個時空）有關(guān)時空結(jié)構(gòu)和物質(zhì)、運(yùn)動聯(lián)系的一個時空 觀觀（2）洛倫茲變換）洛倫茲變換（4）相對論動力學(xué)和電動力學(xué)）相對論動力學(xué)和電動力學(xué)（5）質(zhì)能關(guān)系）質(zhì)能關(guān)系2、廣義相對論、廣義相對

8、論（1）等效原理和廣義相對性原理）等效原理和廣義相對性原理非慣性系處理非慣性系處理成慣性參照系成慣性參照系加速場和與加速場和與引力場等效引力場等效所有物理學(xué)規(guī)律對所所有物理學(xué)規(guī)律對所有的參照系都成立有的參照系都成立（2）廣義相對論揭示時空結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的統(tǒng)一性）廣義相對論揭示時空結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的統(tǒng)一性（3）天體物理的基本理論基礎(chǔ)）天體物理的基本理論基礎(chǔ)a a、光束彎曲、光束彎曲 當(dāng)光束通過引力場時，根據(jù)當(dāng)光束通過引力場時，根據(jù)等效原理，它的軌道應(yīng)當(dāng)彎曲。等效原理，它的軌道應(yīng)當(dāng)彎曲。例如：星光經(jīng)過太陽例如：星光經(jīng)過太陽邊緣時，我們應(yīng)當(dāng)觀邊緣時，我們應(yīng)當(dāng)觀察到光束的察到光束的“位移位移”，這種位移只有在日

9、蝕這種位移只有在日蝕時才可能發(fā)現(xiàn)。時才可能發(fā)現(xiàn)。星星太陽太陽月亮月亮地球地球（4）廣義相對論的實驗驗證）廣義相對論的實驗驗證 ，國際考察團(tuán)對此進(jìn)國際考察團(tuán)對此進(jìn)行了考察，考察人員在日蝕時刻拍攝了星空行了考察，考察人員在日蝕時刻拍攝了星空的照片，然后將這些照片與沒有太陽時這同的照片，然后將這些照片與沒有太陽時這同一部分星空的照片相比較，發(fā)現(xiàn)星的位置移一部分星空的照片相比較，發(fā)現(xiàn)星的位置移動了。這就證實了愛因斯坦關(guān)于光束從太陽動了。這就證實了愛因斯坦關(guān)于光束從太陽近旁通過時要發(fā)生偏移的預(yù)言近旁通過時要發(fā)生偏移的預(yù)言( (角度偏移約角度偏移約1.75)1.75)。 光線在引力場中彎曲的一個必然推論是

10、光線在引力場中彎曲的一個必然推論是引力透鏡成象問題。早在引力透鏡成象問題。早在19201920年愛丁頓就提年愛丁頓就提出引力場會聚成象可作為廣義相對論的一種出引力場會聚成象可作為廣義相對論的一種檢驗；檢驗；b、引力紅移、引力紅移 原子或光子的振動可以看作是最簡單的原子或光子的振動可以看作是最簡單的時鐘。光子振動頻率的變動使光束的顏色向時鐘。光子振動頻率的變動使光束的顏色向光譜的紅色端偏移，因此把它稱為引力紅移。光譜的紅色端偏移，因此把它稱為引力紅移。 原子在引力大的地方發(fā)出的光波長變長，頻率原子在引力大的地方發(fā)出的光波長變長，頻率 變短變短太陽是巨大的引力場太陽是巨大的引力場 的值：的值：10

11、. 001. 1 理論值理論值實驗值實驗值c c、水星近日點的進(jìn)動、水星近日點的進(jìn)動 行星實際上并不按橢圓運(yùn)動，因為鄰近行星實際上并不按橢圓運(yùn)動，因為鄰近天體的影響對這行星的運(yùn)動產(chǎn)生攝動。天體的影響對這行星的運(yùn)動產(chǎn)生攝動。舉例：水星特別明顯舉例：水星特別明顯地表現(xiàn)在所謂近日點地表現(xiàn)在所謂近日點的進(jìn)動上。按照開普的進(jìn)動上。按照開普勒的理論，行星每年勒的理論，行星每年都應(yīng)通過同一個近日都應(yīng)通過同一個近日點。但由觀察得知，點。但由觀察得知，這個軌道點的位置相這個軌道點的位置相對于不動的恒星對于不動的恒星每一每一百年約變化百年約變化1 1o o3320”3320”。水星水星太陽太陽近日點近日點水星水星

12、太陽太陽近日點近日點 如果把所有看得見的已知行星的影響都如果把所有看得見的已知行星的影響都考慮在內(nèi)，則我們得到的水星近日點進(jìn)動的考慮在內(nèi)，則我們得到的水星近日點進(jìn)動的數(shù)值為數(shù)值為每一百年約每一百年約1 132373237。 牛頓萬有定律預(yù)言的結(jié)果與天文觀察的牛頓萬有定律預(yù)言的結(jié)果與天文觀察的結(jié)果結(jié)果每一百年相差每一百年相差4343，產(chǎn)生原因未能獲得產(chǎn)生原因未能獲得解釋。解釋。 起初曾把這個現(xiàn)象歸結(jié)于另一行星的影起初曾把這個現(xiàn)象歸結(jié)于另一行星的影響，并預(yù)先把它命名為響，并預(yù)先把它命名為火神星火神星，但一直沒有，但一直沒有發(fā)現(xiàn)這個行星。發(fā)現(xiàn)這個行星。 廣義相對論可以導(dǎo)出廣義相對論可以導(dǎo)出牛頓萬有定

13、律所涉牛頓萬有定律所涉及的其他行星的一切結(jié)論，而且也能給出水及的其他行星的一切結(jié)論，而且也能給出水星近日點進(jìn)行星近日點進(jìn)行每百年所缺少的每百年所缺少的4343。第第17章章 狹義相對論基礎(chǔ)狹義相對論基礎(chǔ)17-1伽利略變換伽利略變換 經(jīng)典力學(xué)的經(jīng)典力學(xué)的舊時空觀舊時空觀17-2愛因斯坦假設(shè)愛因斯坦假設(shè) 洛侖茲坐標(biāo)變換洛侖茲坐標(biāo)變換17-3 狹義相對論的時空觀；狹義相對論的時空觀；17-4狹義相對論動力學(xué)基礎(chǔ)狹義相對論動力學(xué)基礎(chǔ)17-1伽利略坐標(biāo)變換伽利略坐標(biāo)變換 經(jīng)典力學(xué)時空觀經(jīng)典力學(xué)時空觀一）伽利略坐標(biāo)變換（簡稱一）伽利略坐標(biāo)變換（簡稱“GT”GT”）及經(jīng)典時空觀）及經(jīng)典時空觀二二) )伽利略

14、相對性原理（伽利略相對性原理（Galileo relativity Galileo relativity principle principle ）例）一小車以速度例）一小車以速度 沿沿X軸運(yùn)動，人在小車上軸運(yùn)動，人在小車上打開手電筒，燈光在小車中（打開手電筒，燈光在小車中（K系）以光速系）以光速C傳傳播，則地面的人（播，則地面的人（K系）測得的光速為多大？系）測得的光速為多大？v由由“GT”地面上的人測得地面上的人測得的光速為：的光速為：CvCuC可見在可見在“GT”下光速是沒有下光速是沒有限度的限度的vuuxxyyuu zzuu 或或CXvX邁克耳遜莫雷實驗邁克耳遜莫雷實驗一麥克斯韋方程組

15、對伽利略變換不協(xié)變一麥克斯韋方程組對伽利略變換不協(xié)變自牛頓定律建立起來以后，人們成功地解釋了自牛頓定律建立起來以后，人們成功地解釋了力、熱、電、光、聲等現(xiàn)象，牛頓定律已達(dá)到力、熱、電、光、聲等現(xiàn)象，牛頓定律已達(dá)到了登峰造極的程度，了登峰造極的程度，人們對牛頓定律可以說是人們對牛頓定律可以說是已經(jīng)達(dá)到了頂禮模拜、乃至迷信的程度已經(jīng)達(dá)到了頂禮模拜、乃至迷信的程度。普遍。普遍認(rèn)為牛頓定律是萬能的。認(rèn)為牛頓定律是萬能的。 19世紀(jì)世紀(jì)60年代麥克斯韋建立了解釋電磁現(xiàn)年代麥克斯韋建立了解釋電磁現(xiàn)象的方程象的方程-Maxwell Eqution。并導(dǎo)出了電磁。并導(dǎo)出了電磁波的方程。波的方程。 222222

16、2221tECzEyExE2222222221tECzEyExE2222222221tHCzHyHxH式中：式中：C為真空中的光速為真空中的光速smC/100 . 31800如何看待這個電磁波和光速呢？由于牛頓定律如何看待這個電磁波和光速呢？由于牛頓定律在人們頭腦中的統(tǒng)治地位。人們很自然地要與在人們頭腦中的統(tǒng)治地位。人們很自然地要與曾用牛頓定律成功解釋過的機(jī)械波來類比。曾用牛頓定律成功解釋過的機(jī)械波來類比。機(jī)械波機(jī)械波電磁波電磁波(光）光）1）依靠彈性媒質(zhì)傳播，）依靠彈性媒質(zhì)傳播，其波速由彈性模量和其波速由彈性模量和媒質(zhì)密度決定。媒質(zhì)密度決定。Bu 如聲波在空氣中傳播如聲波在空氣中傳播2）波速

17、是相對于和）波速是相對于和靜止媒質(zhì)保持相對靜靜止媒質(zhì)保持相對靜止的參照系的波速。止的參照系的波速。1）依靠彌漫宇宙的）依靠彌漫宇宙的“以太以太”（Aether）傳傳播。播。GC C很大，故很大，故“以太以太”應(yīng)應(yīng)比鋼還硬且星體在其比鋼還硬且星體在其中運(yùn)動時要暢行無阻。中運(yùn)動時要暢行無阻。2）C是相對是相對“以太以太”參照系的速度參照系的速度“以太以太”是宇宙間的是宇宙間的絕對靜止參照絕對靜止參照 系。系。 按照以上分析，按照以上分析，Maxwell方程只對絕對靜止方程只對絕對靜止的的“以太以太”參照系成立，并且依照參照系成立，并且依照“GT”，在，在不同的參照系中應(yīng)測出不同的光速。這意味著不同

18、的參照系中應(yīng)測出不同的光速。這意味著宇宙間存在一特殊的參照系宇宙間存在一特殊的參照系-以太參照系以太參照系，在，在這個參照系中光速是這個參照系中光速是C，其它慣性系中將測出不，其它慣性系中將測出不同的光速。同的光速。 但是僅僅這樣認(rèn)為還是不行的，因為但是僅僅這樣認(rèn)為還是不行的，因為物理學(xué)是物理學(xué)是一門實驗的科學(xué)一門實驗的科學(xué)。只有用實驗證明了這一觀點，。只有用實驗證明了這一觀點，才能算真正找到了這個絕對靜止的參照系。才能算真正找到了這個絕對靜止的參照系。 而且如果真正找到了這個絕對靜止的參照系，而且如果真正找到了這個絕對靜止的參照系，那么物質(zhì)世界的圖象更清楚了那么物質(zhì)世界的圖象更清楚了-所有的

19、物質(zhì)都所有的物質(zhì)都是在這絕對靜止的參照系中作絕對運(yùn)動。整個是在這絕對靜止的參照系中作絕對運(yùn)動。整個宇宙是一個充滿宇宙是一個充滿“以太以太”的絕對空間。的絕對空間。當(dāng)時很多科學(xué)家都力圖證實這個絕對靜止當(dāng)時很多科學(xué)家都力圖證實這個絕對靜止 的參照系，的參照系，而結(jié)果呢？大家費了九牛二虎之力，這種參照系卻沒有而結(jié)果呢？大家費了九牛二虎之力，這種參照系卻沒有找到，卻為相對論的產(chǎn)生提供了實驗基礎(chǔ)。這些實驗都找到，卻為相對論的產(chǎn)生提供了實驗基礎(chǔ)。這些實驗都是一些電磁學(xué)方面的實驗，其中最出名的是邁克爾遜是一些電磁學(xué)方面的實驗，其中最出名的是邁克爾遜-莫雷（莫雷（Amichelson-Morley）實驗。其實

20、驗大致思路是：）實驗。其實驗大致思路是：光對以太的速度為光對以太的速度為C，地球在以太系中運(yùn)動，依伽俐略，地球在以太系中運(yùn)動，依伽俐略速度變換：地球上測出的光速不是速度變換：地球上測出的光速不是C而是另一值而是另一值。uC uC 測得為：測得為：測得為：測得為：正于順風(fēng)與頂風(fēng)騎自行車感覺風(fēng)速不一樣一樣。正于順風(fēng)與頂風(fēng)騎自行車感覺風(fēng)速不一樣一樣。uCuC邁克爾孫邁克爾孫 莫雷實驗?zāi)讓嶒?為了測量地球相對于為了測量地球相對于“以太以太”的運(yùn)動的運(yùn)動 , 1881年年邁克爾孫用他自制的干涉儀進(jìn)行測量邁克爾孫用他自制的干涉儀進(jìn)行測量, 沒有結(jié)果沒有結(jié)果 . 1887年他與莫雷以更高的精度重新做了此類

21、實驗?zāi)晁c莫雷以更高的精度重新做了此類實驗,仍得到零結(jié)果仍得到零結(jié)果, 即即未觀測到地球相對未觀測到地球相對“以太以太”的的運(yùn)運(yùn)動動 .vsGM1M2TG M1 Gvvclclt1G M2 G22222122cclcltvv G M2c22vcv-M2 Gcv-22vc設(shè)設(shè)“以太以太”參考系為參考系為S系，實驗室為系，實驗室為 系系 s s（從（從 系看）系看）兩光束的時間差為兩光束的時間差為322221221222122112clcclccclttt 2222clNvvsM2M1l12GMGMGT旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)90后，在望遠(yuǎn)鏡中觀測到干涉條紋的移動數(shù)為后，在望遠(yuǎn)鏡中觀測到干涉條紋的移動數(shù)為把整個裝

22、置繞垂直圖面的軸轉(zhuǎn)把整個裝置繞垂直圖面的軸轉(zhuǎn)90，光束光束1、2位置剛好互換，經(jīng)同樣的計位置剛好互換，經(jīng)同樣的計算，光束算，光束1和光束和光束2時間差為時間差為32clt 22cltcv光程差光程差2222clNvm/s103,nm500,m104vl4 . 0N 人們?yōu)榫S護(hù)人們?yōu)榫S護(hù)“以太以太”觀念作了種種努力，觀念作了種種努力， 提出了提出了各種理論各種理論 ，但這些理論或與天文觀察，或與其它的實，但這些理論或與天文觀察，或與其它的實驗相矛盾，最后均以驗相矛盾，最后均以失敗失敗告終告終 .儀器可測量精度儀器可測量精度01. 0N 實驗結(jié)果實驗結(jié)果 未未觀察到地球相對于觀察到地球相對于“以太

23、以太”的運(yùn)動的運(yùn)動. 0N邁克爾遜干涉儀是通過干涉的辦法通過干涉條紋的移動邁克爾遜干涉儀是通過干涉的辦法通過干涉條紋的移動來測量光速的。但實驗結(jié)果并沒有看到預(yù)期的條紋移動。來測量光速的。但實驗結(jié)果并沒有看到預(yù)期的條紋移動。干涉儀是精度很高的儀器干涉儀是精度很高的儀器 ，這一結(jié)果只能得出光沿任，這一結(jié)果只能得出光沿任何方向傳播時光速都是一樣的結(jié)論。這結(jié)果正于人們順何方向傳播時光速都是一樣的結(jié)論。這結(jié)果正于人們順風(fēng)騎自行車與頂風(fēng)騎自行車時感覺到的風(fēng)速是相同的一風(fēng)騎自行車與頂風(fēng)騎自行車時感覺到的風(fēng)速是相同的一樣。不合人們的邏輯，稱之為實驗的負(fù)結(jié)果。使人大吃樣。不合人們的邏輯，稱之為實驗的負(fù)結(jié)果。使人

24、大吃一驚！一驚！ 因為這意味著經(jīng)典物理學(xué)出了問題，意味著什因為這意味著經(jīng)典物理學(xué)出了問題，意味著什么絕對時間、絕對空間、伽利略變換等等都是胡么絕對時間、絕對空間、伽利略變換等等都是胡言亂語。言亂語。就像一朵烏云一樣遮住了物理學(xué)晴朗的就像一朵烏云一樣遮住了物理學(xué)晴朗的天空天空。風(fēng)風(fēng) 一部分人感到沮喪，我們頂禮模拜的牛頓一部分人感到沮喪，我們頂禮模拜的牛頓定律盡然不靈了，這定律盡然不靈了，這豈不是科學(xué)的毀滅嗎豈不是科學(xué)的毀滅嗎!有一部分人不相信實驗的真實性，繼續(xù)改進(jìn)實驗有一部分人不相信實驗的真實性，繼續(xù)改進(jìn)實驗設(shè)備作實驗。而且春天作了夏天作，秋天作了冬設(shè)備作實驗。而且春天作了夏天作，秋天作了冬天作

25、；平地作了高山作天作；平地作了高山作實驗精度越來越高，能實驗精度越來越高，能作實驗的人越來越多，乃至幾乎每個大學(xué)都能作，作實驗的人越來越多，乃至幾乎每個大學(xué)都能作，但結(jié)果仍然一樣，地球上的光速與地球速度無關(guān)。但結(jié)果仍然一樣，地球上的光速與地球速度無關(guān)。有一部分人不相信實驗的真實性，繼續(xù)改進(jìn)實驗有一部分人不相信實驗的真實性，繼續(xù)改進(jìn)實驗設(shè)備作實驗。而且春天作了夏天作，秋天作了冬設(shè)備作實驗。而且春天作了夏天作，秋天作了冬天作；平地作了高山作天作；平地作了高山作實驗精度越來越高，能實驗精度越來越高，能作實驗的人越來越多，乃至幾乎每個大學(xué)都能作，作實驗的人越來越多，乃至幾乎每個大學(xué)都能作，但結(jié)果仍然一

26、樣，地球上的光速與地球速度無關(guān)。但結(jié)果仍然一樣，地球上的光速與地球速度無關(guān)。1887年年 skmu/51930年年skmu/5 . 11958年年skmu/03. 01970年年skmu/00005. 0 正是他對任何一個看來無可非議的正是他對任何一個看來無可非議的問題總要問一個為什么，如他對一米問題總要問一個為什么，如他對一米就是一米，一秒就是一秒也要產(chǎn)生懷就是一米，一秒就是一秒也要產(chǎn)生懷疑，他說疑，他說：“時間、空間人們都說弄清時間、空間人們都說弄清了，不再研究，我從小就沒有弄懂，了，不再研究，我從小就沒有弄懂，長大以后就繼續(xù)究長大以后就繼續(xù)究。就研究出相對論就研究出相對論” 。正是這樣。

27、正是這樣一個人，一個人，1905年，年僅僅年，年僅僅26歲的愛因斯坦提出了兩歲的愛因斯坦提出了兩條假設(shè)創(chuàng)建了狹義相對論（條假設(shè)創(chuàng)建了狹義相對論（1916年又發(fā)表了廣義相年又發(fā)表了廣義相對論）。當(dāng)然現(xiàn)在已不是什么假設(shè)，而是兩條基本對論）。當(dāng)然現(xiàn)在已不是什么假設(shè)，而是兩條基本的原理。的原理。 是誰沖破了舊的傳統(tǒng)的思想的束縛是誰沖破了舊的傳統(tǒng)的思想的束縛呢！愛因斯坦（呢！愛因斯坦（Albert Einstein 1879-1955 ）17-2 17-2 愛因斯坦假設(shè)愛因斯坦假設(shè) 洛侖茲坐標(biāo)變換洛侖茲坐標(biāo)變換一、狹義相對論的兩條基本原理一、狹義相對論的兩條基本原理1）相對性原理：一切物理學(xué)定律對一切慣

28、性系）相對性原理：一切物理學(xué)定律對一切慣性系參照系都是等價的。參照系都是等價的。注意注意：相對性原理實際上是伽利略力學(xué)相對性原理：相對性原理實際上是伽利略力學(xué)相對性原理的推廣，不過它不僅包含力學(xué)現(xiàn)象，而且包括一切的推廣，不過它不僅包含力學(xué)現(xiàn)象，而且包括一切其它的物理現(xiàn)象。其它的物理現(xiàn)象。即：一切慣性系都是彼此彼此、半斤八兩、誰即：一切慣性系都是彼此彼此、半斤八兩、誰 也不比誰也不比誰特殊，一切慣性系都是平權(quán)的。這意味著不能通過本參特殊，一切慣性系都是平權(quán)的。這意味著不能通過本參照系的實驗確定本參照系與其它參照系有什么不同。沒照系的實驗確定本參照系與其它參照系有什么不同。沒有一個特殊地位的參照系

29、。否定了絕對參照系的存在。有一個特殊地位的參照系。否定了絕對參照系的存在。當(dāng)然要找到對電磁波的速度有特殊值的參照系是找不到當(dāng)然要找到對電磁波的速度有特殊值的參照系是找不到的。的。光速為光速為C光速為光速為C顯然這是違背顯然這是違背“GT”的，但邁克爾遜的，但邁克爾遜-莫雷實驗?zāi)讓嶒灥呢?fù)結(jié)果就是必然的了。有人感到不好理解：的負(fù)結(jié)果就是必然的了。有人感到不好理解：C+vCv如果不滿足光速不變原理，因果關(guān)系將顛倒過，如果不滿足光速不變原理，因果關(guān)系將顛倒過，可是從來沒有看到過這種現(xiàn)象?？墒菑膩頉]有看到過這種現(xiàn)象。CXvX2）光速不變原理）光速不變原理-真空真空中的光速相對任何中的光速相對任何慣性系

30、，沿任意方向恒為慣性系，沿任意方向恒為C，且與光源的運(yùn)，且與光源的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。動狀態(tài)無關(guān)。1.狹義相對性原理狹義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(dá)形式物理定律在所有的慣性系中都具有相同的表達(dá)形式, ,即所有的慣性系對運(yùn)動的描述都有是等價的即所有的慣性系對運(yùn)動的描述都有是等價的. .1905年愛因斯坦在年愛因斯坦在論動體的電動力學(xué)論動體的電動力學(xué)一書提出一書提出如下兩條基本原理：如下兩條基本原理：2.光速不變原理光速不變原理真空中的光速是常量真空中的光速是常量, ,它與光源或觀測者的運(yùn)動無關(guān)它與光源或觀測者的運(yùn)動無關(guān), ,即不依賴于慣性系的選擇即不依賴于慣性系的選擇.說明說明:

31、 : (1)(1)第一假設(shè)第一假設(shè)說明一切慣性系都是平權(quán)的說明一切慣性系都是平權(quán)的, ,絕絕對靜止的參考系不存在對靜止的參考系不存在. .(2)相對性原理實際上是力學(xué)相對性原理的推廣，它不相對性原理實際上是力學(xué)相對性原理的推廣，它不僅包含力學(xué)現(xiàn)象，而且包括一切其它的物理現(xiàn)象僅包含力學(xué)現(xiàn)象，而且包括一切其它的物理現(xiàn)象. .注意注意：A A）慣性系；）慣性系；B）真空中真空中（介質(zhì)中的光速（介質(zhì)中的光速C=C/n）2）不要認(rèn)為狹義相對論是邁克爾遜）不要認(rèn)為狹義相對論是邁克爾遜-莫雷實驗?zāi)讓嶒灥闹苯咏Y(jié)果，它是近半個世紀(jì)大量實驗的總結(jié)；的直接結(jié)果，它是近半個世紀(jì)大量實驗的總結(jié)；當(dāng)然邁克爾遜當(dāng)然邁克爾

32、遜-莫雷實驗對確認(rèn)狹義相對論有莫雷實驗對確認(rèn)狹義相對論有重要影響。重要影響。1）光速不變原理適用的條件）光速不變原理適用的條件那么，對應(yīng)狹義相對論的坐標(biāo)變換又是什么呢？那么，對應(yīng)狹義相對論的坐標(biāo)變換又是什么呢？二、二、洛侖茲坐標(biāo)變換洛侖茲坐標(biāo)變換（簡稱（簡稱“LT”）此坐標(biāo)變換是荷蘭人此坐標(biāo)變換是荷蘭人Lorentz發(fā)現(xiàn)的，他發(fā)現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的，他發(fā)現(xiàn)在這個變換下這個變換下Maxwell方程具有不變性。方程具有不變性。二、二、洛侖茲坐標(biāo)變換洛侖茲坐標(biāo)變換（簡稱（簡稱“LT”）即麥克斯韋方程在不同的慣性系具有相同的形式。即麥克斯韋方程在不同的慣性系具有相同的形式。下面由相對性原理來推導(dǎo)這個變換。下面由

33、相對性原理來推導(dǎo)這個變換。設(shè)有慣性參照系設(shè)有慣性參照系K、KXZYOXZYOP：若空間某點若空間某點P發(fā)生一件事，其時空坐標(biāo)為發(fā)生一件事，其時空坐標(biāo)為tzyxtzyx., .所謂坐標(biāo)變換就是要找出它們之間的關(guān)系。但在得出結(jié)所謂坐標(biāo)變換就是要找出它們之間的關(guān)系。但在得出結(jié)論之前必須指出兩點：論之前必須指出兩點：3 3）坐標(biāo)軸原點）坐標(biāo)軸原點O O與與OO點點重重合時作為公共計時起點。合時作為公共計時起點。 1 1）各坐標(biāo)軸相互平行；）各坐標(biāo)軸相互平行；v2 2）KK系相對系相對K K系沿系沿X X軸軸以以 作勻速直線運(yùn)動；作勻速直線運(yùn)動；（以后不加聲明均指這種參照系）（以后不加聲明均指這種參照系

34、） .tzyxtzyx.v1）時間、空間是均勻的，要求變換是線性的時間、空間是均勻的，要求變換是線性的。所謂時空是均勻的，是指同一參照系中某事件所謂時空是均勻的，是指同一參照系中某事件發(fā)生的時間間隔與空間間隔與它們在什么時間發(fā)生的時間間隔與空間間隔與它們在什么時間發(fā)生、什么地點發(fā)生無關(guān)。發(fā)生、什么地點發(fā)生無關(guān)。具體講：一棒具體講：一棒AB沿沿X軸放置，不軸放置，不管放在管放在X軸的何軸的何處都是一樣長。處都是一樣長。L2L1XZYOL1=L2一樣長！一樣長！又如：一物體從又如：一物體從H高度高度掉下來，但不管是現(xiàn)在掉下來，但不管是現(xiàn)在掉下來還是等一下掉下掉下來還是等一下掉下來所需時間都一樣。來所需時間都一樣。XZYOH t1 t2=ABA