爱因斯坦的狭义相对论基本内容
3狭义相对论基本原理洛仑兹变换
. a
慢
.
慢
.
.
双生子效应 twin effect
20岁时，哥哥从地球出发乘飞船运行，10年 后再回到地球 ，弟兄见面的情景？ 飞船速度
u 0.999c
哥哥测的是固有时，弟弟测的是相对论时
u t t 1 0.447 y c
0 2
2
20.5 岁和 30岁
趣味之谈：
仙境一天，地面一年 (牛郎织女)
④.同时性没有绝对意义。 ⑤.有因果关系的事件，因果关系不因坐标 系变化而改变。超光速信号违反因果率。
t ' (t ux / c )
2
t (1 ) cc
当 t 0
时
t ' 0
vu t ' t (1 ) cc 时序: 两个事件发生的时间顺序。 在S中： 先开枪，后鸟死 在S’中： 是否能发生先鸟死，后开枪？
洛仑兹坐标 变换是基础
dx v x u 2 dt u 1 2 c
u 1 2 v x dt c 2 dt u 1 2 c
x
x ut
2
u 1 2 c u t 2 x c t 2 u 1 2 c
定义
dx vx dt
dx v x dt
u 1 2 v x dt c dt u2 1 2 c
2
2
y' y S' 系 z' z t ux / c t' 1 (u / c)
2
2
令
1 1 2 1 膨胀因子 1 1 (u / c)
2
u/c
x ( x'ut ' ) y y' z z'
狭义相对论简介
狭义相对论简介狭义相对论是一种描述物理学中时间、空间和引力的理论，由爱因斯坦于1905年发表。
它是现代物理学中最重要的理论之一，也是人类文明史上最伟大的科学成就之一时间与空间狭义相对论基本假设是：光速在真空中的传播速度是不变的，在任何惯性参考系中都是相同的，为c。
这导致了一些非常奇怪的结论。
首先，时间和空间不再是绝对的概念。
它们取决于观察者的运动状态。
例如，如果有两个事件在同一地点发生，一个静止观察者会认为它们发生在同一时间，但是一个以高速运动的观察者会认为它们发生的时间是不同的。
这就是所谓的时间相对论效应。
同样地，空间也会受到相对论效应的影响。
一个静止观察者看到的长度可能与一个运动观察者看到的长度不同。
这称为长度收缩。
质量与能量狭义相对论还改变了我们对质量和能量的理解。
根据经典物理学，物体的质量是恒定的，而能量是可以转化的。
但是，在相对论中，质量和能量是等价的。
这就是著名的E=mc2公式，其中E是能量,m 是物体的质量。
在高速运动中，物体的质量会增加（称为质量增加效应），因此需要更多的能量才能使其达到光速。
实际上，物体永远无法达到或超过光速，因为它需要无限的能量来达到这个极限。
引力最后，狭义相对论还改变了我们对引力的理解。
根据牛顿万有引力定律，物体之间产生引力的原因是它们的质量。
但是，在相对论中，引力被视为时空弯曲的结果。
这就是所谓的广义相对论，是爱因斯坦于1915年发表的。
通过将时间和空间视为弯曲的四维时空，物体的运动路径就不再是直线，而是遵循弯曲时空的规则。
这也导致了一些非常奇怪的现象，例如黑洞和引力透镜等。
光速不变原理狭义相对论的一个基本假设是光速不变原理，即在任何惯性参考系中，光速都是恒定且一致的。
这个假设经过了许多实验的验证，例如米歇尔逊-莫雷实验。
因为光速不变原理，在高速运动中，时间和空间会发生相对论效应，例如时间膨胀和长度收缩。
这些效应是非常微小的，只有在物体接近光速时才会显著影响其运动状态。
第5章 狭义相对论
2、因果关系 (枪战)
信号的传递
v
u
x1
x
x2
u和v都小于c,故Δ t和 Δ t′同号，也就是说，对 于具有因果关系的两个事 件，在任何不同的两个参 考系中进行观测，两事件 发生顺序相同。
3、由洛仑兹变换看时间延缓
u 即 x 0时 t t t t 2 x c 固有时最短 S 系中两事件发生在同一地点——固有时 4、由洛仑兹变换看长度收缩 u x x ut x
思考：对于π介子参考系，情况如何？
§5.4 长度收缩
length contraction
y S y′ u S′
1.火车静止时测得的长度是固有长度 2.怎么测火车的固有长度及运动长度？
C
x′ 固有时： 两事件发 生在同一地点 A x
o
o
C
A
事件1 车头经过A点
事件2 车尾经过A点
火车 长度
S l ut S l ut
二.同时性的相对性
y S
事件1
S ′ y′ u
t t 0
发一光信号
A 接收到光信号
事件2
x
A
o
B B 接收到光信号
x′
o Einstein train
两事件发生的时间间隔?
S 系，事件1、事件2 同时发生 S 系，事件1先发生、事件2 后发生
说明 同时性的相对性 当速度远远小于 c 时，两个惯性系结果相同 沿两个惯性系相对运动方向发生的两个事件， 在其中一个惯性系中表现为同时的，在另一个 惯性系中观察，则总是在前一惯性系运动的后 方的那一事件先发生。
t t 2 t1
x x2 x1 x x 2 x1
狭义相对论
狭义相对论狭义相对论是爱因斯坦在1905年提出的一种物理学理论，它主要研究的是在匀速直线运动的参考系中，时间和空间的变化规律。
下面将从四个方面详细回答这个问题。
一、狭义相对论的基本假设狭义相对论的基本假设有两个：一是物理定律在所有惯性参考系中都是相同的，即物理学的基本规律具有相对性；二是光速在真空中是不变的，即光速是一个普遍不变的常数。
二、狭义相对论的主要内容狭义相对论的主要内容包括以下几个方面：1. 时间的相对性：不同的惯性参考系中，时间的流逝速度是不同的，即时间是相对的。
2. 长度的相对性：不同的惯性参考系中，长度的测量值是不同的，即长度也是相对的。
3. 质量的变化：物体的质量随着速度的增加而增加，当物体的速度趋近于光速时，质量无限增大。
4. 能量的等效性：质量和能量是可以相互转化的，质量可以转化为能量，能量也可以转化为质量。
三、狭义相对论的实验验证狭义相对论的假设和内容在很多实验中都得到了验证，例如：1. 米歇尔逊-莫雷实验：实验证明了光速在不同方向上的测量结果是相同的，即光速是不变的。
2. 布拉格实验：实验证明了快速运动的电子具有更大的质量，证明了质量的变化。
3. 电子加速器实验：实验证明了质子在高速运动时具有更大的质量，证明了质量的变化。
四、狭义相对论的应用狭义相对论在现代物理学中有着广泛的应用，例如：1. GPS导航系统：GPS导航系统需要考虑相对论效应，才能准确测量卫星和接收器之间的距离。
2. 粒子物理学：狭义相对论对粒子物理学的研究有着重要的影响，例如粒子加速器和粒子探测器的设计和使用。
3. 核能技术：狭义相对论对核能技术的发展也有着重要的推动作用，例如核反应堆的设计和核武器的制造。
总之，狭义相对论是现代物理学的基础之一，它的理论和实验研究对于我们对自然界的认识和技术的发展都有着重要的影响。
4.3 狭义相对论基本原理 相对时空观
Guangxi university
S
y S' O
u y' O' c c c x' c x
在S系中, 若按伽利略变换: 往左:v=c-u 往右:v=c+u
Guangxi university
讨论：
1 Einstein 的相对性理论 是 Newton理论的发展 一切物理规律 力学规律
解1：以地面为参照系 介子寿命延长。 用经典时空观 介子所走路程
y 0.998c 0 8 6 y 0.998 3 10 2.15 10 644(m )
还没到达地面，就已经衰变了。但实际探测 仪器不仅在地面，甚至在地下 3km 深的矿井 中也测到了 介子。
Guangxi university
S
S
u
弟 a. e f 弟 0 .
x
x
x
) 花开事件：( x, t1 S 系x处发生两个事件 ) ( x, t 2 花谢事件：
t1 （寿命） t t2
在S系中观察者测量花的寿命是多少？
Guangxi university
S
第三节
狭义相对论基本原理 相对时空观
Guangxi university
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一、 狭义相对论的两条基本原理
爱因斯坦在1905年发表的《论动体的电动力学》 论文中提出了狭义相对论两条基本原理 1.相对性原理
所有物理规律在一切惯性系中都具有相同形式。 （所有惯性系都是平权的，在它们之中所有物理规 律都一样） 2.光速不变原理
2 光速不变与伽利略变换 与伽利略的速度相加原理不相容
第六章狭义相对论
2
l
l0
l0
u 1 2 c
运动长度 l l0
★ 注意：长度收缩只发生在速度方向
例4（4357）在O参照系中，有一个静止的正方
形，其面积为100cm2。观测者O’以0.8C的
匀速度沿正方形的对角线运动求O’所测得
的该图形的面积。 解：在O参照系中A、B间对角线长度
在O’参照系中A、B间长 度 ★ O’所测得的该图形的面积
u
例5（4370）在K惯性系中，相距 的两个地方发生两事件，时间间隔 而在相对于K系沿正 方向匀速运动的K’系中 观测到这两事件却是同时发生的。试计算:在 K’系中发生这两事件的地点间的距离是多少？ 解1 ：
解2 :
作业：P339~340 6.1 6.3
6.4
6.5 6.6
练习（5616）一列高速火车以速度 驶过车站时， 固定在站台上的两只机械手在车厢上同时划 出两个痕迹，静止在站台上的观察者同时测 出两痕迹之间的距离为1m，则车厢上的观察 者应测出这两个痕迹之间的距离为多少？ 解：车上观察者测的两痕迹之间的距离 =原长 l0 静止在站台上的观察者同时测出两痕迹之间 的距离 =运动长 l
5 4 u2 1 2 c
0
（2）乙测得这两个事件发生的地点的距离
例2（4167） 子是一种基本粒子，在相对于它静 止的坐标系中测得其寿命为 ，如 果 子相对于地球的速度为 （ 为真空中光速），则在地球坐标系中测 出的 子的寿命 解：设：相对于 子静止的参照系为 S’
★ 在地球坐标系中测出的 子的寿命
两个事件的空间间隔 事件二：测量尺子（棒） 右端坐标
长度 右端坐标 — 左端坐标
★
在相对于尺子（棒）运动的参照系中要 条件： 同时记录尺子（棒）两端的坐标。 （如：相对于尺子（棒）运动的参照系是S’ 系 则： t1’ ） t2’ l x’ x ’
爱因斯坦狭义相对论数学
爱因斯坦狭义相对论数学
爱因斯坦狭义相对论是现代物理学中的重要理论，它改变了我们对时空的理解。
狭义相对论中的数学描述主要涉及到四个方面：洛伦兹变换、时空间隔、四维向量和张量。
洛伦兹变换是狭义相对论的核心，它描述的是不同参考系之间的相对运动。
洛伦兹变换可以把一个事件在不同参考系下的描述联系起来，这也是狭义相对论的基础。
时空间隔是一个重要的物理量，它描述了两个事件之间的距离。
在狭义相对论中，时空间隔是不变的，也就是说，在不同参考系下，两个事件之间的时空间隔是相同的。
四维向量是狭义相对论中的另一个重要概念，它将时间和空间合并成一个四维向量，便于在不同参考系之间进行变换。
四维向量可以表示物体的位置、速度和动量等物理量。
张量是狭义相对论数学中的重要概念，它可以描述物理量在不同参考系下的变换规律。
狭义相对论中的张量有很多种，比如度规张量、能动张量等。
总之，狭义相对论中的数学描述比较抽象，但是它是现代物理学中不可或缺的一部分。
只有深入理解狭义相对论中的数学，才能更好地理解它在现实世界中的应用。
- 1 -。
狭义相对论主要内容
狭义相对论主要内容狭义相对论是由德国物理学家爱因斯坦于1905年提出的物理理论，通过引入相对性原理，重新定义了时间、空间和质量的概念。
狭义相对论的主要内容包括以下几个方面：1. 相对性原理：狭义相对论的基础是相对性原理，即物理定律在所有惯性参考系中都具有相同的形式。
这意味着没有一个特定的惯性参考系是绝对的，所有的物理过程都是相对于观察者而言的。
这与牛顿力学中的绝对时间和绝对空间观念相反。
2. 空间与时间的相对性：狭义相对论指出，空间和时间并不是独立存在的，它们是相互关联的。
根据爱因斯坦的观点，空间和时间应该被统一起来，构成了四维时空的概念。
同时，狭义相对论提出了著名的洛伦兹变换，描述了时空坐标之间的转换关系。
3. 光速不变原理：狭义相对论中的一个重要假设是光速不变原理。
即光在真空中的速度是恒定不变的，不受观察者的运动状态的影响。
这个假设对物质运动速度的上限也产生了限制，即不可能超过光速。
这一原理对于解释电磁现象和构建相对论力学模型起到了关键作用。
4. 时间膨胀和长度收缩：狭义相对论提出了时间膨胀和长度收缩的概念。
根据相对性原理，观察者的时间和空间测量是相对的。
当一个物体以接近光速的速度移动时，它的时间会相对静止观察者而言变慢，这被称为时间膨胀。
同时，物体的长度也会在同一速度下相对静止观察者而言变短，这被称为长度收缩。
这些效应在微观领域中发挥着重要作用，如高速粒子加速器和宇宙射线等领域。
5. 质能等价原理：狭义相对论质能等价原理指出，质量和能量是等价的，并可以相互转换。
根据质能等价原理，质量可以看作是能量的一种形式，而能量也可以转化成质量。
这可以通过著名的质能方程E=mc²来描述，其中E表示能量，m表示质量，c表示光速。
总结起来，狭义相对论主要内容包括相对性原理、空间与时间的相对性、光速不变原理、时间膨胀和长度收缩，以及质能等价原理。
这些原理的提出和发展对于解释和理解宏观和微观物理现象都具有重要意义，对于现代物理学的发展产生了深远影响。
狭义相对论基础6(北邮修订版)
1 1 u c
6
t
u t 2 x c 2 2 1 u c
4 10 m
t 2 u c x
洛仑兹速度变换式
正变换
vx u v x u 1 2 vx c
vy u2 v y 1 2 u c 1 2 vx c
逆变换
vx
v u x u 1 2 v x c
v y u2 vy 1 2 u c 1 2 v x c
考察
S 中的一只钟
原时 观测时间
x 0
x
x ut 1 u2 c 2 t u x 2 c 1 u2 c 2
两事件发生在同一地点
t
t t 2 t1
t
u u t 2 2 x t1 2 x c c t t 2 t 1 1 u2 c 2 1 u2 c 2 t 2 t1 1 u2 c 2
2 2 2
o o
2
B A
u 12 l (x) (y) l (1 cos 2 ) c l sin arctan 2 2 l cos 1 u c
三、时间间隔的相对性
所研究的问题： 在某系中，同一地点先后发生的两个事件的时间间隔(同 一只钟测量)，与另一系中，在两个地点的这两个事件的时间 间隔(两只钟分别测量)的关系。 固有 时间 观测 时间 一个物理过程用相对于它静止的惯性系上的标准时钟 测量到的时间（原时）。用 表示。 一个物理过程用相对于它运动的惯性系上的标准时钟测 量到的时间（两地时）。用t 表示。
u2 u c (1 2 ) 1 c 有x x ut y y
伽利略变换
z z t t
第6章狭义相对论
1. 物理规律对所有惯性系都是一样的。
这后来被称为爱因斯坦相对性原理。
2. 任何惯性系中，真空中光的速率都为 c 。
这一规律称为光速不变原理。 光速不变原理与伽利略变换是彼此矛盾的， 若保持光速不变原理，就必须抛弃伽利略变换， 也就是必须抛弃绝对时空观。
力学相对性原理的另一种表述： 在一个惯性系内部 所作的任何力学的实验都不能区分这一惯性系本身 是在静止状态还是在作匀速直线运动状态。
6
2. 经典力学的绝对时空观
(1)同时性是绝对的。
S系：两事件同时发生，S 系：也是同时发生。 (2)时间间隔是绝对的。
t1 t 2 t1 或写为 t t t2
8
—— 常量
根据伽利略变换，光在不同惯性系中速度不同。
那么在哪个参考系中才是标准光速？ 经典理论中认为光在以太中传播，于是以太可以 被视为“绝对静止参考系”。也即通过光学实验， 可以区分惯性系的运动状态。
9
于是必然导致以下结论之一： 一、麦克斯韦方程组不正确。
二、麦克斯韦方程组在伽利略变换下不满足力 ？ 学相对性原理。
ux 22 ) t 2 (t 2 c ux1 2 ) t1 ( t1 c
23
ux 22 ) t 2 (t 2 c ux1 2 ) t1 ( t1 c t t u2 1 2 c
ux t ( t 2 ) c ( x 0 )
u 1 2 c
2
1
2
19
1 u 1 2 c
2
1 1
2
如果u≥c,则 就变为无穷大或有虚数值，这显然 是没有物理意义的。 因而得出推论：任何物体相对于另一物体的速 度不可能等于或大于真空中的光速。即真空中的光 速c是一切物体运动速度的极限。 这一推论与实验符合，也符合因果律的要求。
高一物理章节内容课件 第六章狭义相对论
在地球坐标系中测出的 子的寿命
解：
例3（4378）火箭相对于地面以V=0.6C （C
为真空中光速）的匀速度飞离地球。在
火箭发射
秒钟后（火箭上的
钟），该火箭向地面发射一导弹，其速
度相对于地面为V1=0.3C，问火箭发射 后多长时间，导弹到达地球？（地球上
的钟）计算中假设地面不动。
解：火箭飞离地球到发射 导弹经历的时间间隔
中，两个事件同地发生）
4. 长度收缩（条件：在相对棒运动的参照 系中，要同时纪录棒两端的 坐标）
5. 相对论质量 6. 相对论能量 7. 相对论动量 8. 质点系动量守恒
9. 核反应的总能量守恒、释放的能量、质量 亏损
10 .相对论动量与能量的关系
例一（4604）设快速运动的介子的能量约为
E=3000MeV，而这种介子在静止时的
的速率V沿隧道长度方向通过隧道，若 从列车上观测：
（1）隧道的尺寸如何？ （2）设列车的长度为 ，它全部通过隧
道的时间？
1．（4720）解答 （1） 从列车上观察，隧道的长度缩短， 其他尺寸不变。隧道长度为
（2）列车全部通过隧道的时间为
2．（4373）静止的 子的平均寿命约
为
，今在8Km的高空，由于
能量为E0=100MeV。若这种介子的固有
寿命是
，求它运动的
距离。
例二（4733）已知一静止质量为m0的粒子， 其固有寿命为实验室测量到的寿命的
1/n，则此粒子的动能是多少？
例一（4604）解答
例二（4733）解答
例三（4735）已知 子的静止能量为
105.7MeV ，平均寿命为
。
试求动能为150MeV的子的速度是多少？
爱因斯坦相对论基本假设
爱因斯坦相对论基本假设1. 引言爱因斯坦相对论是现代物理学中一项重要的理论，它以德国科学家爱因斯坦的名字命名。
爱因斯坦相对论包括狭义相对论和广义相对论两个部分，本文将重点讨论狭义相对论中的基本假设。
2. 狭义相对论概述狭义相对论是爱因斯坦在1905年提出的一种关于时空结构的理论，它建立在两个基本假设之上。
狭义相对论以光速不变原理和等效原理为基础，对杨-米尔斯场进行研究，从而建立了一套在高速和强场条件下仍然适用的物理学框架。
3. 光速不变原理光速不变原理是狭义相对论中的第一个基本假设。
它指出，在任何惯性系中，光在真空中的速度都是一个恒定不变的值，即光速。
无论观察者的运动状态如何，光在真空中的速度始终为3百万米/秒。
4. 等效原理等效原理是狭义相对论中的第二个基本假设。
它包含了两个方面的内容：4.1 引力等效原理引力等效原理指出，质量和惯性是等价的。
也就是说，一个以加速度运动的观察者，可以完全等效地认为自己处于一个受力等于加速度的引力场中。
这就解释了为什么在受到重力加速度的影响下，物体的运动状态与在受到外力作用下的运动状态是等价的。
4.2 惯性等效原理惯性等效原理指出，在任何参考系中，物体的运动规律都遵循相同的自然定律。
也就是说，无论观察者处于匀速直线运动还是静止状态，他们所观察到的物理现象都是一样的。
这就是为什么狭义相对论认为所有惯性系都是等价的。
5. 狭义相对论的重要性狭义相对论的提出对现代物理学产生了深远的影响，它不仅在实验观测上得到了验证，而且对其他物理学领域也产生了重要的启示。
5.1 对粒子物理学的影响狭义相对论的光速不变原理揭示了光速是一个自然界中的上限，这对粒子物理学的研究有着重要的影响。
在粒子加速器实验中，科学家们必须考虑粒子在高速运动下的动力学特性，而狭义相对论为他们提供了一个可靠的理论框架。
5.2 对宇宙学的影响狭义相对论的等效原理为宇宙学提供了重要的理论基础。
在宇宙学的研究中，我们需要考虑到观测者的运动状态对宇宙背景辐射的影响，而狭义相对论可以很好地解释这一现象。
爱因斯坦的广义相对论和狭义相对论
爱因斯坦的广义相对论和狭义相对论
爱因斯坦的广义相对论和狭义相对论是他在物理学领域的两个重要理论贡献。
狭义相对论是爱因斯坦于1905年提出的，它是关于时间和空间的理论。
狭义相对论主要包括两个基本原理：相对性原理和光速不变原理。
相对性原理指出物理规律在所有惯性参考系中都是相同的，而光速不变原理则认为真空中的光速是恒定的，与观察者的速度无关。
基于这两个原理，狭义相对论得出了一系列的结论，如时间的相对性、尺缩效应等，揭示了时间和空间的相互关系。
广义相对论是爱因斯坦于1915年提出的，是对狭义相对论的进一步发展。
广义相对论引入了引力的概念，并且提出了著名的引力场方程，即爱因斯坦场方程。
广义相对论认为物体的质量和能量会使时空弯曲，从而产生引力。
这一理论在解释了引力现象的同时，还对宇宙的演化和结构提供了新的见解，并预言了黑洞、引力波等重要的天文现象。
总的来说，狭义相对论主要讨论了时间和空间的相对性，而广义相对论进一步将引力纳入其中，构建了一个更为完整的物理学描述。
这两个理论不仅对物理学产生了深远的影响，还在现代科学和技术的发展中发挥着重要作用。
狭义相对论的基本原理
3)当 u « c 时，γ→1
x' (x ut)
正变换
y' y
回到伽利略变换
z' z
t' (t ux / c2 )
x x ut y y z z t t
4) u > c 变换无意义, 存在极限速度c .
5) 洛仑兹变换与伽利略变换相比，洛仑兹变换中的时 间坐标和空间坐标相互联系在一起 ，不再是独立的了 。时间与空间的测量都与参照系有关，这种新的时空 观叫做狭义相对论的时空观。
1
t' t ux / c2 (t ux / c2 ) 相对论因子
1 (v / c)2
这种变换是已知事件在S系中的时空坐标（x，y，z，
t）变换成事件在S/系中的时空坐标（x/，y/，z/，t/）
。这种变换称为坐标正变换。
6
由S/系到S系的逆坐标变换为：
S系
x'ut'
x
(x'ut')
x2 y2 z2 c2t 2 (1)
S
u
xx O O’ ’
x2 y2 z2 c2t2 (2)
站在S和S/的人都认为自 己是静止不动的，而且
•由发展的观点：
光速也不变的。
u<<c 情况下，狭义 牛顿力学 y y z z
•由于客观事实是确定的：
x, y, z, t 对应唯一的 x, y, z, t
下面的任务是，根据
设： x x t (3) 上述四式，利用比较
t x t
(4)
系数法，确定系数
。
5
最后得到洛仑兹坐标变换：
爱因斯坦相对论简介
爱因斯坦相对论简介狭义相对论1、爱因斯坦第一假设全部狭义相对论主要基于爱因斯坦对宇宙本性的两个假设。
第一个可以这样陈述：所有惯性参照系中的物理规律是相同的此处唯一稍有些难懂的地方是所谓的"惯性参照系"。
举几个例子就可以解释清楚：假设你正在一架飞机上，飞机水平地以每小时几百英里的恒定速度飞行，没有任何颠簸。
一个人从机舱那边走过来，说："把你的那袋花生扔过来好吗？"你抓起花生袋，但突然停了下来，想道："我正坐在一架以每小时几百英里速度飞行的飞机上，我该用多大的劲扔这袋花生，才能使它到达那个人手上呢？"不，你根本不用考虑这个问题，你只需要用与你在机场时相同的动作（和力气）投掷就行。
花生的运动同飞机停在地面时一样。
你看，如果飞机以恒定的速度沿直线飞行，控制物体运动的自然法则与飞机静止时是一样的。
我们称飞机内部为一个惯性参照系。
（"惯性"一词原指牛顿第一运动定律。
惯性是每个物体所固有的当没有外力作用时保持静止或匀速直线运动的属性。
惯性参照系是一系列此规律成立的参照系。
另一个例子。
让我们考查大地本身。
地球的周长约40，000公里。
由于地球每24小时自转一周，地球赤道上的一点实际上正以每小时1600公里的速度向东移动。
然而我敢打赌说Steve Young在向Jerry Rice（二人都是橄榄球运动员。
译者注）触地传球的时候，从未对此担心过。
这是因为大地在作近似的匀速直线运动，地球表面几乎就是一个惯性参照系。
因此它的运动对其他物体的影响很小，所有物体的运动都表现得如同地球处于静止状态一样。
实际上，除非我们意识到地球在转，否则有些现象会是十分费解的。
（即，地球不是在沿直线运动，而是绕地轴作一个大的圆周运动）例如：天气（变化）的许多方面都显得完全违反物理规律，除非我们对此（地球在转）加以考虑。
另一个例子。
远程炮弹并非象他们在惯性系中那样沿直线运动，而是略向右（在北半球）或向左（在南半球）偏。
狭义相对论
u t 2 t1 2 x 2 x1 c t 2 t1 u2 1 2 c
两无关的独立事件 —次序是相对的
t 2 t1
t 2 , , t 1 t 2 t1
两有因果关系的关联事件 ——次序是绝对的
t 2 t1
在一惯性系中观测，两个事件同时不同地，则在其
x
由洛仑兹变换
l l0 1 u
2
c
2
结论：杆的动长总是小于静长,这称为运动
长度收缩效应。(沿运动方向收缩)
1、观察者为测量相对自己运动的物体的长度而
测量物体两端坐标，对该观察者而言，测量两端
坐标这两个事件应是_____时（同时或不同时）
______地(同地或异地)事件，他测得的物体沿运
动方向的长度_____（大于等于或小于）该物体
在S系中观察到在同一地点发生两个事件，第二
事件发生在第一事件之后2S，在S1系中观察到第
二事件在第一事件后3S发生，求S1系中这两个事 件的空间距离
教学要求
1. 理解同时性的相对性 2. 理解时间膨胀（钟慢）、长度收缩 （尺短）的概念 会判断固有时、固有长度 3. 掌握洛伦兹变换公式
狭义相对论质点动力学
洛仑兹逆变换
x ut x u2 1 2 c y y z z u t 2 x t c u2 1 2 c
由洛仑兹变换可知，高速问题 ★1、时间与空间不可分割
同一事件不仅在不同惯性系中时
间坐标不同，且时间还与空间紧 密联系
m (v )
m
m0 v2 1 2 c
m0
0
c v
保留动量定义
p mv
狭义相对论的三个结论
狭义相对论是阿尔伯特·爱因斯坦于1905年提出的，它基于两个基本原理：狭义相对性原理和光速不变原理。
该理论的三个重要结论是：
1. 时间变慢：运动的物体相对于静止的观察者，其时间会变慢。
这意味着在高速运动中，时间流逝得更慢。
2. 尺子缩短：运动的物体在其运动方向上看起来会比静止时更短。
这一现象被称为“尺缩”效应。
3. 质量增大：物体的质量会随着其速度接近光速而增加。
这意味着快速移动的物体比静止的物体更重。
这些结论不仅改变了我们对时间和空间的传统观念，而且已经得到了许多高精度实验的支持。
狭义相对论与牛顿的绝对时空观不同，它将时间和空间与观测者视为一个不可分割的整体。
狭义相对论和广义相对论的基本原理
狭义相对论和广义相对论的基本原理狭义相对论和广义相对论是现代物理学的基本理论之一，它们解释了时间、空间、质量和能量之间的关系。
以下是对这两种相对论的基本原理的讲解。
一、狭义相对论的基本原理狭义相对论是爱因斯坦在1905年提出的理论，它提出了一个与牛顿力学不同的观点，即光速在所有惯性参考系中都是常数。
这一原则被称为“光速不变原理”，它是狭义相对论的核心。
基于“光速不变原理”，狭义相对论提出了以下原则：1. 所有物理定律在所有惯性参考系中都是相同的。
2. 物体的质量随着速度的增加而增加，速度越快，增加的质量越大。
3. 时间和空间是相对的，没有绝对的标准。
4. 能量和质量是等价的，它们之间可以相互转化。
这些原则反映了狭义相对论的基本特征，它推翻了牛顿力学中的一些假设，如时间和空间的绝对性、万有引力的绝对性等。
狭义相对论为我们提供了更加准确和完整的描述物理规律的框架，同时也为后来的广义相对论的发展提供了基础。
二、广义相对论的基本原理广义相对论是爱因斯坦在1916年提出的理论，它是在狭义相对论的基础上进一步发展而来的。
广义相对论初衷是想解释引力的本质，它基于“等效原理”提出了新的物理规律。
广义相对论的基本原理包括：1. 等效原理：自由下落的物体在惯性参考系中运动是匀速直线运动。
2. 引力不是一种真正的力，而是由物体所在空间弯曲而产生的一种现象。
3. 时间和空间的弯曲程度受到物质分布的影响。
4. 光线会沿着最短路径传播。
这些原理反映了广义相对论的基本特征，它描述了物质的引力性质和空间的几何形态之间的关系。
广义相对论证明了狭义相对论中的“光速不变原理”是任何物质和能量影响的最高速度，同时也为黑洞、宇宙学等领域的研究提供了新的工具和思路。
狭义相对论和广义相对论是现代物理学中最基本的理论之一，它们提供了理解时空的新视角和解释物理规律的新方法。
【狭义相对论】狭义相对论建立在“光速不变原理”之上，它意味着在不同的参考系中，光的速度是恒定不变的。
简述狭义相对论的基本原理
简述狭义相对论的基本原理简述狭义相对论的基本原理在二十世纪初，科学界围绕着一个难题——如何解释光速的大小不变。
当时，这个问题曾经使很多物理学家绞尽脑汁、穷思竭虑。
这就是，当伽利略把一根线放入一个管子里，再从另外一端提出时，管子中流出的水竟然没有变化！那么，一根细丝、一个金属球或者一只杯子里的水，其大小怎么会保持不变呢？对于这个问题，爱因斯坦首先给出了一种假说，这就是狭义相对性原理。
狭义相对性原理是：一切物体都在以同一速度向彼此运动着的参照系中运动。
爱因斯坦的狭义相对论是爱因斯坦建立的一个光学理论，它是人类历史上最伟大的成就之一。
2。
相对论的光速不变性在狭义相对论中，我们知道光速是固定不变的。
那么，为什么光速不变呢？在十九世纪末期和二十世纪初期，有许多科学家通过不断的研究探索，发现光速不是不变的，而是在空间中以固定不变的数值，以不变的速度传播着。
其实，在伽利略发明望远镜时，人们就已经注意到光在不同物质中的传播速度不同，他们猜测，光的速度应该也与物质的密度有关。
所以，在望远镜诞生后，科学家就试图寻找更准确地表示光速的方法。
在光速不变的假设下，科学家们得出了一个惊人的结论：光在不同介质中传播的速度，是可以不一样的。
经过无数科学家的反复验证，终于发现，光在真空中的速度最大，约等于c。
值，而在玻璃中的速度约为c。
值，空气中的速度约为c。
值。
科学家还发现，如果介质的折射率很小，光在其中的速度比真空中的速度还要快。
如水在玻璃中的速度为c。
值，空气中的速度则为c。
值。
一般情况下，水的折射率大约是空气的两倍。
例如，当水以c。
值为0。
3的折射率进入玻璃后，光速仍可达c。
值，比空气中的速度还快。
因为空气中的光速是c。
值。
由此可见，在不同介质中，光的速度是不一样的。
由于每种介质都有自己独特的特征，所以，如果我们把两种介质放在一起，那么，就好像它们的性质合二为一了。
于是，人们称这种光的传播速度为“相对论”。
不仅如此，“相对论”还解释了天体运动的各种现象，说明了电磁辐射、引力波、时空弯曲、量子纠缠等等一些奥秘。
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3、真空中的光速 根据麦克斯韦的电磁理论，光速“c” 应为一常数，与牛顿力学的速度叠加法则 相矛盾。 4、物理学家面临的选择 要么对牛顿力学做一些顾此失彼的解 释，修修补补，要么彻底抛弃，建立新的 理论。
第一节 爱因斯坦狭义相对论
一、走在爱因斯坦前面的人 人名 贡献 麦克斯韦 创建电磁理论 赫兹 修改麦克斯韦方程 1887年提出佛格特变换， 佛格特
他阅读了许多著作发现，所有人试图证明以 太存在的试验都是失败的。经过研究，爱因斯 坦发现，除了作为绝对参照系和电磁场的荷载 物外，以太在洛伦兹理论中已经没有实际意义。 于是他想到：绝对参照系是必要的吗？电磁场 一定要有荷载物吗？ 当时的物理学家一般都相信以太，也就是相 信存在着绝对参照系，这是受到牛顿的绝对空 间概念的影响。19世纪末，马赫在所著的《发 展中的力学》中，批判了牛顿的绝对时空观， 这给爱因斯坦留下了深刻的印象。
第八章 相对论的建立和发展
相对论是现代物理学的重要基石。它的建 立是20世纪自然科学最伟大的发现之一，对 物理学、天文学、哲学思想有深远的影响。
相对论是科学技术发展到一定阶段的必然产物，是 电磁理论合乎逻辑的继续和发展，是物理学各个分支 又一次综合的结果。
相对论好象是：“光彩夺目的火箭，它在 黑暗的夜空，突然划出一道道十分强烈的光 辉，照亮了广阔的未知领域。” ——德布罗意
他的狭义相对论认为“在互相作直线----非加 速运动的所有参考系中，自然规律是同样有效 的。 ” 它的意思就是：你站在两个互相做直线运动 的---非加速的参考系中，你看到的物理现象是 相同的。------相对性原理。
他的相对论，把所谓作为光波载体的以太，从 物理学世界中清除出去了。
“无以太物理学”乃是爱因斯坦思想的成果。
与洛伦兹变换相似
影响
洛伦兹知道佛格特的工 作，但没有足够注意。
拉摩进动和拉摩变换 拉摩 费兹杰惹 独立地提出洛伦兹变换 提出电子论和洛伦兹变 爱因斯坦读过洛伦 洛伦兹
换
兹1895年的著作
彭家勒
提出相对性原理
二ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ爱因斯坦简介
1879年3月14日生于德国乌尔姆一个犹太人 家庭。 父亲是小商人，母亲是钢琴家。上学后， 成绩平平，但爱动脑筋，12岁曾证明勾股定理。 1896年，爱因斯坦正式成为一个无国籍的人， 并考进了联邦工业大学。大学期间，爱因斯坦 迷上了物理学，一方面，他阅读了德国著名物 理学家基尔霍夫、赫兹等人的著作，钻研了麦 克斯韦的电磁理论和马赫的力学，并经常去理 论物理学教授的家中请教。另一方面，他的大 部分时间是去物理实验室去做实验，迷恋于直 接观察和测量。
1920年应洛伦兹和埃伦菲斯特（即P.厄任 费斯脱）的邀请，兼任荷兰莱顿大学特邀 教授。回德国不到四个月，第一次世界大 战爆发，他投入公开的和地下的反战活动。 他经过8年艰苦的探索,于1915年最后建成了 广义相对论。 1921年 获诺贝尔物理奖。 1933年 受德国纳粹迫害，移居美国， 为普林斯顿研究所研究员。 1940年加入美国国籍。 1955年4月18日去世。
1905年5月的一天，爱因斯坦与一个朋友贝 索讨论这个已探索了十年的问题，贝索按照马 赫主义的观点阐述了自己的看法，两人讨论了 很久。突然，爱因斯坦领悟到了什么，回到家 经过反复思考，终于想明白了问题。第二天， 他又来到贝索家，说：谢谢你，我的问题解决 了。原来爱因斯坦想清楚了一件事：时间没有 绝对的定义，时间与光信号的速度有一种不可 分割的联系。他找到了开锁的钥匙，经过五个 星期的努力工作，爱因斯坦把狭义相对论呈现 在人们面前。 1905年他发表了有关狭义相对论的三篇文章。
三、相对论的建立 1900年，爱因斯坦大学毕业。1901年，他获得 了瑞士国籍。1902年，在他的朋友格罗斯曼的帮 助下，爱因斯坦终于在伯尔尼的瑞士联邦专利局 找到了一份稳定的工作——当技术员。 在伯尔尼专利局的日子里，爱因斯坦广泛关注 物理学界的前沿动态，在许多问题上深入思考， 并形成了自己独特的见解。在十年的探索过程中， 爱因斯坦认真研究了麦克斯韦电磁理论，特别是 经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学。爱因 斯坦坚信电磁理论是完全正确的，但是有一个问 题使他不安，这就是绝对参照系中以太的存在。
“以太”的概念最早出现在笛卡尔于1644 年发表的《哲学原理》一书中。按笛卡尔 的观点，“虚空”是不可能存在的，整个 宇宙充满着一种易动的物质，这种物质就 是“以太”。 17世纪，惠更斯也用了“以太”的说法。
麦克斯韦也援用“以太”的概念。他把 “以太”看成电磁场的物质基础,认为电磁 现象是“以太”运动的表现。
历史背景：
1.牛顿力学时空观 绝对的，真正的和数学的时间自己流逝着， 并由于它的本性而均匀的与任何外界对象无关 的流逝。 ——牛顿 绝对空间，就其本质来说，独立于外界任 何事物，总是始终如一和静止不动的。 ——牛顿
2、迈克尔逊——莫雷实验 由于人们把“以太”选作绝对静止的 参照系，因此在19世纪，人们热衷于寻找 出地球相对于以太的绝对速度。1881年， 美国人迈尔耳逊设计了一个实验，但是却 得到“0”结果。1887年迈尔耳逊和莫雷合 作，又重复实验，但实验结果仍然是“零 结果”。根据这一结果，“以太”显然是 一厢情愿的设想，尽管不断改进，但结论 却相同。
爱因斯坦的相对论认为：光速是一切过程不可能 达到的最高临界速度，无论怎样加力，把能量加 上去，都不可能使物体达到或超过光速。-------这 就是光速恒定。 这就引出相对论的两个著名的“佯谬”。
所谓佯谬，就是纯粹从逻辑上对一个理论做结论 推导，推导出一个明显不合逻辑或者常识的结论 或者两个相互矛盾的结果。 其中一个佯谬是：快速运动着的一把尺子，它跟 静止状态相比，在运动方向上长度缩短了。
1900年苏黎世联邦工业大学师范系毕业。 1902年 在瑞士联邦专利局工作 1909年离开专利局任苏黎世大学理论物理 学副教授。 1911年任布拉格德语大学理论物理学教授， 1912年任母校苏黎世联邦工业大学教授。 1914年，应能斯脱的邀请，回德国任威廉 皇帝物理研究所所长兼柏林大学教授，直 到1933年。