狭义相对论精品PPT课件

光程差
2
1
2l
v2 c2
(vc)
光程差与条纹移动关系 N 实验结果 N0
§2 狭义相对论的基本原理 洛仑兹变换
基本原理（两个公理） 1 相对性原理 一切物理定律在所有的惯性系中都具有相同形式； 一切惯性系都等价，不存在特殊的绝对的惯性系。 2 光速不变原理
真空中光速相对任何惯性系沿任何一个方向大小恒为C，
所有实验均表明，在各种条件下，光速都是相等 的。
迈克耳逊—— 莫雷实验
• 假定在“以太”中光速各项同性且恒等于C，而在其它参考系 光速各项异性。
•假定太阳与以太固连，地球相对于以太的速度就应当是地球 绕太阳的运动速度。
对光线（1） ：O M 1 O
t1
l1 cv
l1 cv
2l1 c
1 1v2
/
c2
第六章 狭义相对论
本章重点： 1、深刻理解经典时空理论和迈克尔逊实验； 2、熟记狭义相对论基本原理、洛仑兹变换； 3、理解同时的相对性和尺缩、钟慢效应，能够
熟练利用洛仑兹速度变换解决具体问题； 4、了解相对论四维形式和四维协变量； 5、掌握相对论力学的基本理论并解决实际问题。
本章难点： 1、同时的相对性、时钟延缓效应的相对性；
在电磁运动范围内，相对性原理和伽利略变换不 能并立。若其中一个正确，另一个就必然不正确。
在19世纪末，几乎所有的物理学家都倾向于肯定 伽利略变换，而否定电磁现象的相对性原理。
按照这种观点，麦克斯韦方程组只对某一个“绝 对静止”的惯性系成立，与这个“绝对静止”的空 间相联系的介质是“以太”。
历史上，曾有许多科学家采用各种不同的方法， 企图测定光速在不同条件下所具有的不同数值，并 且由此间接地找到用力学方法不可能发现的“绝对 静止”空间或“以太”。其中著名的实验有：光行 差实验、菲索流水实验、迈克耳逊—莫雷实验。
（2）两事件在不同参考系中的间隔为不变量
设Σ系两件事件间隔为S2，Σ'系中为S'2，假定满足S2=A S'2
由于时空各向同性，A只依赖于参照系相对运动速度的大小 而不依赖于方向，即：A=A(v)。由于时间空间是均匀的每 个点都是平权的，则反变换应为：S‘2=A(-v)S2。 因为相对 运 动 方 向 不 会 影 响 物 理 规 律 ， 所 以 A(v)=A(-v) 。 因 此 S2=A(v)S’2=A(v)A(-v)S2，可知A(v)与速度大小v也无关。 考虑到恒等变换取A=1。由此得到S2=S'2，即间隔为一不变 量。
2、相对论四维形式的理解； 3、电动力学相对论不变性的导出过程。*
主要内容：
• 相对论的实验基础 • 相对论的基本原理 洛伦兹变换 • 相对论的时空理论 • 相对论的四维形式 • 相对论力学
A.爱因斯坦 —— 20世纪最伟大的物理学家。 1879年3月14日生于德国乌耳姆，1900年毕业于 瑞士苏黎世联邦工业大学。1905年，爱因斯坦在 科学史上创造了史无前例的奇迹—— 建立了狭义 相对论，推动了整个物理学理论的革命。1955年 4月19日在美国逝世。
的平方E = mc2 。
相对论的时空观念与人们固有的时空观念差别很大，很难
被普通人所理解。人们都称赞爱因斯坦伟大，但又常常弄不懂
这伟大的内容。这使人们想起英国诗人波谱歌颂牛顿的诗句:
自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中， 上帝说：“让牛顿去吧，”于是一切都成为光明。 后人续写道: 上帝说完多少年之后， 魔鬼说：“让爱因斯坦去吧，”于是一切又回到黑暗中。
意义：两事件的间隔与参照系的选择无关，是一个 不变量。它是光速不变原理的数学表示形式。
洛仑兹变换
光速是物体运动的极限速度
根据洛仑兹变换式可知，物体的运动速度不能达 到光速，更不能超过光速。真空中的光速，是物体 运动的极限速度。
§1 相对论的实验基础
按照力学相对性原理，对于经典力学，任何惯性 系都是平等的，没有占特殊地位的坐标系。
但是，在电动力学中，当研究运动坐标系中的电 磁规律时，却出现了难以克服的困难。
例如，在电磁波方程中存在真空光速c，按照电 动力学，它应该是一个常量。但按照速度公式，对 于同一光束，不同运动状态的观测者测得的光传播 速度不同。
令 s 2 c 2 t 2 t 1 2 x 2 x 1 2 y 2 y 1 2 z 2 z 1 2 0
: x 2 x 1 2 y 2 y 1 2 z 2 z 1 2 c 2 t 2 t 1 2
令 s 2 c 2 t 2 t 1 2 x 2 x 1 2 y ' 2 y ' 1 2 z ' 2 z ' 1 2 0
且与光源运动速度无关。 c299792 m4/s58
⑴ 它否定了伽利略变换，即否定了经典时空观。 ⑵ 光的速度大小与参照系无关，但方向在不同参照系中可 以不同。
间隔不变性
在某一时刻，某一空间上发生的某一事件称为事件，一般用P
来表示。在某一个参考系中可以表示为P(x,y,z,t)（直角坐标 系）。
相对论理论中定义时空间隔
u
地球系
以太风
M2l2OFra bibliotekvl1
M1
P
M2
对光线（2） OM2O
t22u l2c2 2l 2v22cl2
1 1v2/c2
设 l1 l2 l
2l
2l
tt2t1c(1cv22)12 c(1cv22)
vt 2 1 ct
仪器转动 / 2
tt2t1c(1 2lcv22)c(12cvl22)12
2 ct
1905年，除去博士论文外，爱因斯坦连 续发表了4篇重要论文，其中任何一篇，都 够得上拿诺贝尔奖。3月，发表了解释光电 效应的论文，提出光子说；5月，发表关于 布朗运动的论文，间接证明了分子的存在； 6月，发表“论运动媒质的电动力学”的论 文，提出了狭义相对论；9月发表了有关质 能关系式的论文，指出能量等于质量乘光速
s 2 c 2 t 2 t 1 2 [ x 2 x 1 2 y 2 y 1 2 z 2 z 1 2 ]
考察光在真空中传播过程的发射和接收两件事P1和P2
: x 2 x 1 2 y 2 y 1 2 z 2 z 1 2 c 2 t 2 t 1 2