1、相對(duì)論,相對(duì)論,引言,狹義相對(duì)論,歷史背景,一 伽利略變換式 經(jīng)典力學(xué)的相對(duì)性原理,對(duì)于任何慣性參照系 , 牛頓力學(xué)的規(guī)律都具有 相同的形式 . 這就是經(jīng)典力學(xué)的相對(duì)性原理 .,相對(duì)于不同的參考系 , 經(jīng)典力學(xué)定律的形式是 完全一樣的嗎 ？,牛頓力學(xué)的回答:,伽利略變換,經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為：1）空間的量度是絕對(duì)的，與參考系無(wú)關(guān)；2）時(shí)間的量度也是絕對(duì)的，與參考系無(wú)關(guān) .,在兩相互作勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性系中，牛頓運(yùn)動(dòng)定律具有相同的形式.,相對(duì)于不同的參考系 , 長(zhǎng)度和時(shí)間的測(cè)量結(jié)果是一樣的嗎?,絕對(duì)時(shí)空概念：時(shí)間和空間的量度和參考系無(wú)關(guān) , 長(zhǎng)度和時(shí)間的測(cè)量是絕對(duì)的.,二 經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀,牛頓力學(xué)

2、的相對(duì)性原理，在宏觀、低速的范圍內(nèi)，是與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致的 .,實(shí)踐已證明 , 絕對(duì)時(shí)空觀是不正確的.,電磁波（包括光）在真空中各方向速率都為 c 。,企圖找到“絕對(duì)靜止”參考系的思想實(shí)驗(yàn)：,當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為這只對(duì)“絕對(duì)靜止”參考系才成立。,設(shè) u c ，,19世紀(jì)下半葉，由麥克斯韋電磁場(chǎng)方程組得知：,兩種哲學(xué)觀念,邁克爾孫 莫雷實(shí)驗(yàn),為了測(cè)量地球相對(duì)于“以太”的運(yùn)動(dòng) , 1881年 邁克爾孫用他自制的干涉儀進(jìn)行測(cè)量, 沒(méi)有結(jié)果 . 1887年他與莫雷以更高的精度重新做了此類實(shí)驗(yàn), 仍得到零結(jié)果, 即未觀測(cè)到地球相對(duì)“以太”的運(yùn) 動(dòng) .,續(xù)6,相對(duì)速率,尋找 “以太” 失敗實(shí)例,2,1,l,1,l,

3、2,v,光,地,以,，,光,，,地,，,以,v,v,=,+,v,2,1,l,1,l,2,v,光,地,以,，,光,，,地,，,以,v,v,=,+,c,v,2,1,l,1,l,2,v,光,地,以,，,光,，,地,，,以,v,v,=,+,c,v,v,2,1,l,1,l,2,v,光,地,以,，,光,，,地,，,以,v,v,=,+,c,v,=,+,v,光,地,，,v,c,v,2,1,l,1,l,2,v,光,地,以,，,光,，,地,，,以,v,v,=,+,c,v,=,+,v,光,地,，,往,1,=,v,光,地,，,c,v,v,c,v,+,2,1,l,1,l,2,v,光,地,以,，,光,，,地,，,以,v,

4、v,=,+,c,v,=,+,v,光,地,，,返,1,=,v,光,地,，,c,v,+,v,2,1,l,1,l,2,v,光,地,以,，,光,，,地,，,以,v,v,=,+,c,v,=,+,v,光,地,，,往,c,地,以,v,v,光,地,，,v,c,v,2,2,2,1,l,1,l,2,v,光,地,以,，,光,，,地,，,以,v,v,=,+,c,v,=,+,v,光,地,，,往,c,地,以,v,v,光,地,，,往,=,v,光,地,，,c,v,2,2,v,c,v,2,2,2,1,l,1,l,2,v,光,地,以,，,光,，,地,，,以,v,v,=,+,c,v,=,+,v,光,地,，,返,v,光,地,，,地,

5、以,v,c,返,=,v,光,地,，,c,v,2,2,v,c,v,2,2,c,v,2,2,c,v,c,v,+,2,1,l,1,l,2,v,光,地,以,，,光,，,地,，,以,v,v,=,+,c,v,=,+,v,光,地,，,往,返,c,地,以,v,v,光,地,，,v,光,地,，,地,以,v,c,往,返,=,v,光,地,，,c,v,2,2,=,v,光,地,，,c,v,2,2,往,返,1,1,=,v,光,地,，,=,v,光,地,，,c,v,c,v,+,v,c,v,2,2,c,v,2,2,c,v,c,v,+,2,1,l,1,l,2,v,光,地,以,，,光,，,地,，,以,v,v,=,+,c,v,=,+,

6、v,光,地,，,往,返,c,地,以,v,v,光,地,，,v,光,地,，,地,以,v,c,往,返,=,v,光,地,，,c,v,2,2,=,v,光,地,，,c,v,2,2,往,返,1,1,=,v,光,地,，,=,v,光,地,，,c,v,c,v,+,v,儀器旋轉(zhuǎn)后，由于光程差發(fā)生變化，應(yīng),該能觀察到干涉條紋的移動(dòng)。,續(xù)6,相對(duì)速率,尋找 “以太” 失敗實(shí)例,但是，在實(shí)驗(yàn)中并沒(méi)有觀察到干涉條紋 的移動(dòng)。以后又在不同季節(jié)、不同緯度、不 同時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，都沒(méi)有觀察到干涉條紋的 移動(dòng)。,邁克耳遜莫雷實(shí)驗(yàn)否定的結(jié)果說(shuō)明：,2.借助于光學(xué)實(shí)驗(yàn)的手段也無(wú)法確定慣 性參照系自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。,1.絕對(duì)參照系是不存在的

7、；,返回,結(jié)束,1922年愛(ài)因斯坦訪日在即席演講中有一段話：,“還在學(xué)生時(shí)代，我就在想這個(gè)問(wèn)題了。,愛(ài)因斯坦認(rèn)為：,在任何慣性系中光速都是各向?yàn)閏，,物質(zhì)世界的規(guī)律應(yīng)該是和諧,統(tǒng)一的，,麥克斯韋方程組應(yīng)對(duì)所有慣性系成立。,當(dāng)時(shí)，,我知道邁克耳孫實(shí)驗(yàn)的奇怪結(jié)果。,結(jié)論：,如果我們承認(rèn)邁克耳孫的零結(jié)果是事實(shí)，,那么地球相對(duì)以太運(yùn)動(dòng)的想法就是錯(cuò)誤的。,是引導(dǎo)我走向狹義相對(duì)論的最早的想法。”,我很快得出,這,這樣就自然,地解釋了邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果。,1905年愛(ài)因斯坦在論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué),1. 物理規(guī)律對(duì)所有慣性系都是一樣的。,2. 任何慣性系中，真空中光的速率都為 c 。,若保持光速不變?cè)恚?

8、這一規(guī)律稱為光速不變?cè)怼?光速不變?cè)砼c伽利略變換是彼此矛盾的，,就必須拋棄伽利略變換，,也就是必須拋棄絕對(duì)的時(shí)空觀。,一書(shū)中提出如下兩條基本原理：,這后來(lái)被稱為愛(ài)因斯坦相對(duì)性原理。,兩個(gè)基本假設(shè),洛侖茲變換序,條件,變換式必須滿足狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)。,時(shí)間和空間具有均勻性，變換性質(zhì)應(yīng)為線性變換。,對(duì)時(shí)間和空間不作絕對(duì)定義，允許其存在相互依賴的可能性。,約定慣性系,變換式推導(dǎo),洛淪茲變換式,例題,同時(shí)的相對(duì)性,一、同時(shí) 的相對(duì)性,設(shè)： 光到達(dá) A 為事件1,光到達(dá) B 為事件 2,對(duì) ：兩事件同時(shí)發(fā)生，,對(duì) ：兩事件非同時(shí)發(fā)生。,s,即 “ 同時(shí) ” 是相對(duì)的。（與慣性系有關(guān)）,兩事件

9、的變換,典型分析,例一,例二,例三,長(zhǎng)度收縮效應(yīng),收縮公式推導(dǎo),收縮例一,收縮例二,收縮例三,收縮例四,收縮例五,固有時(shí)間,時(shí)間膨脹效應(yīng),到過(guò)程結(jié)束時(shí)，,系測(cè)得所經(jīng)歷的時(shí)間為,所經(jīng)歷的時(shí)間為非固有時(shí)間,t,t,r,位移,v,t,r,續(xù)上,目錄,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,開(kāi)始時(shí)先校正好時(shí)針,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,結(jié)束,目錄,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,一對(duì)孿生兄弟誰(shuí)先老？,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,

10、12,9,結(jié)束,目錄,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,一對(duì)孿生兄弟誰(shuí)先老？,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,結(jié)束,目錄,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,

11、3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,3,6,12,9,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的

12、鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意

13、！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,.,哥 哥,3,6,12,9,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,弟 弟,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥

14、哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,3,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,

15、.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,3,6,12,9,3,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,6,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,.,3,6,12,9,弟 弟,.,哥 哥,注意！運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢,目錄,結(jié)束,膨脹例一,速度變換,速度變換,和,洛侖茲速度變換式,逆變換,正變換,幾點(diǎn)討論：,1.若v c，則洛侖茲速度變換過(guò)渡到伽里略,由速度變換可得到：,2. 不可能通過(guò)參考系變換達(dá)到超光速。,若,則,若,則,速度變換：,3. 一維運(yùn)動(dòng)情況：,令,（代數(shù)量）,（代數(shù)量）,則,有,速度例一,速度例一,速度例二,牛頓力學(xué)的困難,牛頓力學(xué)的困難,與相對(duì)論矛盾：,1.導(dǎo)致