4-1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观

第四章 相对论
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4-1 伽利略变换式 经典力学的绝对时空观 伽利略坐标变换
x x ut 正 y y 变 换 z z t t
X’轴细棒
x x ut 逆 y y 变 换 z z t t
S 系 x1 S系 x1
第四章 相对论
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4-1 伽利略变换式 经典力学的绝对时空观 狭义相对论和广义相对论 狭义相对论是关于高速情况下的时空观理论； 广义相对论是关于引力和时空结构的理论． 狭义相对论适用于一切惯性参考系，而广义 相对论适用于一切参考系． 相对论和时空观 经典力学是建立在绝对时空观的基础之上； 狭义相对论是建立在相对时空观的基础之上； 广义相对论是建立在时空弯曲观的基础之上．
( x ' , y' , z ' )
z'z'
x' x
伽利略速度变换
v x vx u 正 变 vy v y 换 z vz v
v x v x u 逆 变 v y vy 换 z v z v
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ห้องสมุดไป่ตู้
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4-1 伽利略变换式 经典力学的绝对时空观
x2
x2
x1 x2
x2 x1
第四章 相对论
x1 x '1 ut
x2 x '2 ut
x1 x2 x1 x2
4
空间量度是绝对的
4-1 伽利略变换式 经典力学的绝对时空观
y s
y
ut
s'
y'
y'
u

* P ( x, y, z )
o
z z
o 'x
x'
加速度变换
a x ax a y ay
az az
y s
y
o
s'
y'
y'
u

* P ( x, y, z )
( x ' , y' , z ' )
vt
在牛顿力学中力与参考系无关,质量与运动无关
a a
z z'z' z F ma
o 'x
x'
x' x
' F ma
在两相互作匀速直线运动的惯性系中, 牛顿运动定律具有相同的形式.
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牛顿力学的相对性原理 6
4-1 伽利略变换式 经典力学的绝对时空观
经典力学的时空观
① 时间和空间是独立存在； ② 同时是绝对的； ③ 时间间隔是绝对不变量；
④ 空间间隔是绝对不变量． x2
x2 x1 x1
球 投 出 前
球 投 出 后
c
d
v cv
d t1 c d t2 cv
t1 t2
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4-1 伽利略变换式 经典力学的绝对时空观
结果: ( 根 据 伽 利 略 变 换 )
球 投 出 前
球 投 出 后
观察者先看到投出后的球， 后看到投出前的球.
c
d
第四章 相对论
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4-1 伽利略变换式 经典力学的绝对时空观
4.1.2 伽利略变换 经典力学的时空观
y s
y
s'
y'
y'
u

* P ( x, y, z )
ut
o
z z
o 'x
x'
( x ' , y' , z ' )
z'z'
x' x
设S坐标系静止，S '坐标系相对于S坐标系 以速度 u 沿x轴正向运动，并以 o 和 o 两原点 重合的时刻作为两坐标系共同的计时起点，y 轴和 y 轴、z 轴和 z轴互相平行．
4-1 伽利略变换式 经典力学的绝对时空观 4.1.1 经典力学和相对论力学 经典力学: 十九世纪末二十世纪初以前的力学 称之．以牛顿力学为基础，它的应用范围为低速； 认为时间、长度、质量是不随速率变化的常量． 相对论力学: 二十世纪以后的力学称之．它的 应用范围为高速（接近光速）；认为质量随速率而 变化． 经典力学和相对论力学的关系: 当物体的运动速度远远低于光速时，相对论力 学过渡到经典力学．经典力学是相对论力学的一种 特例或近似．
v cv
d t1 c d t2 cv
t1 t2
第四章 相对论
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用牛顿的话来说：“绝对的真正的数学的时间 ，就其本质而言，是永远均匀地流逝着，与任何外 界事物无关。” “绝对空间就其本质而言是与任何外界事物无 关的，它从不运动，并且永远不变。”
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4-1 伽利略变换式 经典力学的绝对时空观 4.2.1 伽利略变换的失效
1) 电磁场方程组不服从伽利略变换
光速与光源运动、参考系选取、传播方向无关
2) 光速c 迈克耳逊-莫雷的零结果
真空中的光速
s
o
y
s'
o' z'
y'
c c u?
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c
u

z
x' x
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4-1 伽利略变换式 经典力学的绝对时空观
例 试计算球被投出前后的瞬间，所发 出的光波达到观察者所需时间. 根 据 伽 利 略 变 换 ( )