狭义相对论基本原理PPT课件
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“设以地太球”(光速源度和：干涉u仪)相对于
光相对于“以太”的速度: c
光相对v 于 地c 球 u的 速度：v
大小随 c 的方向而变化
M1 u 以太风
S
M
M2
T
实验原理图
c
u
v
v cu
c
u
v cu
v
u
wenku.baidu.com
c
v
c
v
u
v c2 u2
两光线间存在光程差, 出现干涉条纹.将装置 转动90度,干涉条纹应 移动(预计0.37条).反复 实验, “零结果”.
光波为什么能在真空中传播 ？
它的传播介质是什么？物理学家给光找了 个传播介质―“以太”。（ether或aether） 以太是希腊语，原意为上层的空气，指在 天上的神所呼吸的空气。在宇宙学中，有 时又用以太来表示占据天体空间的物质。
迈克耳孙-莫雷实验 —— 检测以太
M1 u 以太风
S
M
M2
T
实验原理图
理论特色：出于简单而归于 深奥.
4.1.2 爱因斯坦基本假设 ?
1.狭义相对论的相对性原理(relativity principle of special relativity)：物理规律对 所有惯性系都是一样的,不存在任何一个 特殊的惯性系．
2.光速不变原理(invariance principle of velocity of light):在任何惯性系中,光在真 空中的速率都相等.
II(x1, t2 )
用一个相对事件发生
地静止的钟测量的两 个同地事件的时间间 隔——原时(proper
time) (固有时间)0
0
他在展望20世纪物理学前景时，却若有所思地讲 道：“动力理论肯定了热和光是运动的两种方式， 现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩 了……第一朵乌云出现在光的波动理论上……第 二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹 曼理论上。
两朵乌云
第一朵乌云出现在光的波动理论：迈克耳 逊－莫雷实验与“以太”说 ； 第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯 韦-玻尔兹曼理论上。——黑体辐射与“紫 外灾难”。
Albert Einstein ( 1879 – 1955 )
20世纪最伟大的物理学家, 于 1905年和1915年先后创立了狭义相 对论和广义相对论, 他于1905年提 出了光量子假设, 为此他于1921年 获得诺贝尔物理学奖, 他还在量子 理论方面作出很多的重要的贡献 .
爱因斯坦的哲学观念：自然 界应当是和谐而简单的.
这两朵乌云是指什么呢？
迈克尔逊莫雷实验
热辐射实验
后来的事实证明,正是这两朵乌云发展成为一埸革命 的风暴,乌云落地化为一埸春雨,浇灌着两朵鲜花.
相对论问世
量子力学的诞生
近代物理两大理论支柱
相对论 量子力学
深刻影响现代科技和人类生活
1905年的爱因斯坦
一位在当时还不知名的瑞士专利局的职员阿尔伯特-爱因斯坦， 1905 年发表的一篇著名的论文中指出，只要人们愿意抛弃绝对时间的观念 的话，整个以太的观念就是多余的。几个星期之后，一位法国最重要 的数学家亨利·庞加勒也提出类似的观点。
光速不变
1887年，美国物理学家迈克尔孙与美国化学家、 物理学家莫雷合作，在克利夫兰进行了一个著名 的实验----迈克耳逊-莫雷实验，即“以太漂移” 实验。实 验结果证明，不论地球运动的方向同光 的射向一致或相反，测出的光速都相同，在地球 同设想的“以太”之间没有相对运动。
洛伦兹
洛伦兹，H．A．(Hendrik Antoon Lorentz,1853～1928），荷兰物理 学家。 为了说明迈克孙-莫雷实验的结果， 他独立地提出了长度收缩的假说， 认为相对以太运动的物体，其运动 方向上的长度缩短了。
包括两个意思：
光速不随观察者的运动而变化
c
光速不随光源的运动而变化
爱因斯坦的二个基本假设, 放弃了以太参照系,又不必修 改麦克斯韦方程组,光速不变与麦克斯韦 方程组在惯性系中等价是一致的.
§4.2 爱因斯坦时空观 4.2.1 同时性的相对性
理想实验：爱因斯坦火车
问题： 在某一惯性系中的同 时事件,在另一相对其运动的 惯性系中是否是同时的?
同时A
o'
火车 K
C
B
u
x'
K系 K 系
事件1 xt
1, 1
x t 1, 1
事件2
x2, t2
x t 2, 2
K系同时发生的两事件, t = 0
站台 K
不同时 A
C
Bu
o
x
t t 0 时，C发一光信号
K
K
u
事件1: A接收到光信号 事件2: B接收到光信号
结论：“同时性”具有相对性 ——光速不变原理的直接结果
和光速不变紧密联系在一起的是：在某一惯性系中同时发 生的两个事件,在相对于此惯性系运动的另一惯性系中观察,并 不一定是同时发生的.
说明同时具有相对性,时间的量度是相对的.
4.2.2 时间延缓
理想实验：爱因斯坦火车
站台系： K系
火车系： K 系
火车系：K '
y M
D
A'
o x1
x
I(x1, t1)
第 四 章 狭义相对论
近代物理学的两朵乌云
19世纪的最后一天，欧洲著名的科学家欢 聚一堂。英国著名物理学家W．汤姆孙 William Thomson （即开尔文勋爵）发表 了新年祝词。他在回顾物理学所取得的伟 大成就时说，物理大厦已经落成，所剩只 是一些修饰工作。
一切力学现象原则上都能够从经典力学得到解释，对于电 磁现象，已形成麦克斯韦电磁场理论，这种理论还可用来 阐述波动光学的基本问题。热现象，有了唯象热力学和统 计力学的理论。以经典力学、经典电磁场理论和经典统计 力学为三大支柱的经典物理大厦已经建成，而且基础牢固， 宏伟壮观
“奇迹年” ----长久以来，它被用来描述1666年。英格兰舰队战胜荷 兰无敌舰队；同一年，牛顿奠定了他的微积分、颜色理论和引力理论 的基础。这一年，牛顿24岁。
《物理学纪事》(Annalen der Physik)
爱因斯坦在1905年发表了5篇划时代的论文，分别为： 《关于光的产生和转化的一个试探性观点》； 《分子大小的新测定方法》； 《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》； 《论动体的电动力学》； 《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》 内容涵盖光量子假说、光电效应、分子大小测定、布朗运 动、狭义相对论。爱因斯坦奇迹年100周年的2005年定为 “国际物理年”
光相对于“以太”的速度: c
光相对v 于 地c 球 u的 速度：v
大小随 c 的方向而变化
M1 u 以太风
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实验原理图
c
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v cu
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v c2 u2
两光线间存在光程差, 出现干涉条纹.将装置 转动90度,干涉条纹应 移动(预计0.37条).反复 实验, “零结果”.
光波为什么能在真空中传播 ？
它的传播介质是什么？物理学家给光找了 个传播介质―“以太”。（ether或aether） 以太是希腊语，原意为上层的空气，指在 天上的神所呼吸的空气。在宇宙学中，有 时又用以太来表示占据天体空间的物质。
迈克耳孙-莫雷实验 —— 检测以太
M1 u 以太风
S
M
M2
T
实验原理图
理论特色：出于简单而归于 深奥.
4.1.2 爱因斯坦基本假设 ?
1.狭义相对论的相对性原理(relativity principle of special relativity)：物理规律对 所有惯性系都是一样的,不存在任何一个 特殊的惯性系．
2.光速不变原理(invariance principle of velocity of light):在任何惯性系中,光在真 空中的速率都相等.
II(x1, t2 )
用一个相对事件发生
地静止的钟测量的两 个同地事件的时间间 隔——原时(proper
time) (固有时间)0
0
他在展望20世纪物理学前景时，却若有所思地讲 道：“动力理论肯定了热和光是运动的两种方式， 现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩 了……第一朵乌云出现在光的波动理论上……第 二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹 曼理论上。
两朵乌云
第一朵乌云出现在光的波动理论：迈克耳 逊－莫雷实验与“以太”说 ； 第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯 韦-玻尔兹曼理论上。——黑体辐射与“紫 外灾难”。
Albert Einstein ( 1879 – 1955 )
20世纪最伟大的物理学家, 于 1905年和1915年先后创立了狭义相 对论和广义相对论, 他于1905年提 出了光量子假设, 为此他于1921年 获得诺贝尔物理学奖, 他还在量子 理论方面作出很多的重要的贡献 .
爱因斯坦的哲学观念：自然 界应当是和谐而简单的.
这两朵乌云是指什么呢？
迈克尔逊莫雷实验
热辐射实验
后来的事实证明,正是这两朵乌云发展成为一埸革命 的风暴,乌云落地化为一埸春雨,浇灌着两朵鲜花.
相对论问世
量子力学的诞生
近代物理两大理论支柱
相对论 量子力学
深刻影响现代科技和人类生活
1905年的爱因斯坦
一位在当时还不知名的瑞士专利局的职员阿尔伯特-爱因斯坦， 1905 年发表的一篇著名的论文中指出，只要人们愿意抛弃绝对时间的观念 的话，整个以太的观念就是多余的。几个星期之后，一位法国最重要 的数学家亨利·庞加勒也提出类似的观点。
光速不变
1887年，美国物理学家迈克尔孙与美国化学家、 物理学家莫雷合作，在克利夫兰进行了一个著名 的实验----迈克耳逊-莫雷实验，即“以太漂移” 实验。实 验结果证明，不论地球运动的方向同光 的射向一致或相反，测出的光速都相同，在地球 同设想的“以太”之间没有相对运动。
洛伦兹
洛伦兹，H．A．(Hendrik Antoon Lorentz,1853～1928），荷兰物理 学家。 为了说明迈克孙-莫雷实验的结果， 他独立地提出了长度收缩的假说， 认为相对以太运动的物体，其运动 方向上的长度缩短了。
包括两个意思：
光速不随观察者的运动而变化
c
光速不随光源的运动而变化
爱因斯坦的二个基本假设, 放弃了以太参照系,又不必修 改麦克斯韦方程组,光速不变与麦克斯韦 方程组在惯性系中等价是一致的.
§4.2 爱因斯坦时空观 4.2.1 同时性的相对性
理想实验：爱因斯坦火车
问题： 在某一惯性系中的同 时事件,在另一相对其运动的 惯性系中是否是同时的?
同时A
o'
火车 K
C
B
u
x'
K系 K 系
事件1 xt
1, 1
x t 1, 1
事件2
x2, t2
x t 2, 2
K系同时发生的两事件, t = 0
站台 K
不同时 A
C
Bu
o
x
t t 0 时，C发一光信号
K
K
u
事件1: A接收到光信号 事件2: B接收到光信号
结论：“同时性”具有相对性 ——光速不变原理的直接结果
和光速不变紧密联系在一起的是：在某一惯性系中同时发 生的两个事件,在相对于此惯性系运动的另一惯性系中观察,并 不一定是同时发生的.
说明同时具有相对性,时间的量度是相对的.
4.2.2 时间延缓
理想实验：爱因斯坦火车
站台系： K系
火车系： K 系
火车系：K '
y M
D
A'
o x1
x
I(x1, t1)
第 四 章 狭义相对论
近代物理学的两朵乌云
19世纪的最后一天，欧洲著名的科学家欢 聚一堂。英国著名物理学家W．汤姆孙 William Thomson （即开尔文勋爵）发表 了新年祝词。他在回顾物理学所取得的伟 大成就时说，物理大厦已经落成，所剩只 是一些修饰工作。
一切力学现象原则上都能够从经典力学得到解释，对于电 磁现象，已形成麦克斯韦电磁场理论，这种理论还可用来 阐述波动光学的基本问题。热现象，有了唯象热力学和统 计力学的理论。以经典力学、经典电磁场理论和经典统计 力学为三大支柱的经典物理大厦已经建成，而且基础牢固， 宏伟壮观
“奇迹年” ----长久以来，它被用来描述1666年。英格兰舰队战胜荷 兰无敌舰队；同一年，牛顿奠定了他的微积分、颜色理论和引力理论 的基础。这一年，牛顿24岁。
《物理学纪事》(Annalen der Physik)
爱因斯坦在1905年发表了5篇划时代的论文，分别为： 《关于光的产生和转化的一个试探性观点》； 《分子大小的新测定方法》； 《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》； 《论动体的电动力学》； 《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》 内容涵盖光量子假说、光电效应、分子大小测定、布朗运 动、狭义相对论。爱因斯坦奇迹年100周年的2005年定为 “国际物理年”