狭义相对论与伽利略相对性原理的关系
相对性在哲学中的地位是什么？
相对性在哲学中的地位是什么？相对性是哲学研究中的重要概念，在哲学思维中的角色是什么呢？下面将从三个方面进行探讨。
一、相对性的理论基础1. 狭义相对性理论：爱因斯坦的相对论相对论是现代物理学中的重要理论框架，其中包括广义和狭义相对论。
狭义相对论改变了牛顿经典物理学的基本观念，提出了时空相对性和相对论相对论的概念。
这一理论对整个科学世界产生了深远的影响，也为相对性的地位在哲学中奠定了基础。
2. 运动的相对性理论：伽利略相对性原理伽利略相对性原理表明物体的运动状态往往是相对的，没有绝对的参照物。
这一观点打破了传统的观念，将相对性引入了物理学领域。
哲学家们通过对运动的相对性进行深入思考，认为相对性不仅仅体现在物理学中，更是哲学思维的基石。
二、相对性在哲学思维中的作用1. 相对性与主观性相对性的存在意味着客观性的相对性，而主观性则是对客观事物不同人的不同认识和见解。
相对性与主观性的结合使得哲学思维可以更全面地思考问题，从不同的角度和观点出发，解析事物的本质和存在。
2. 相对性与价值观相对性也深刻影响着我们的价值观。
因为每个人对事物的看法都基于自己的经验和背景，所以我们对价值的判断也是相对的。
相对性使得我们对道德、伦理和社会规范有了不同的理解，同时也促进了不同文化之间的对话和理解。
三、相对性的哲学思考1. 对绝对真理的质疑相对性的存在使我们对绝对真理产生了质疑。
由于相对性，我们无法确定是否存在一个绝对的真理。
这引发了哲学家们对真理的本质和判断标准的思考，从而深入探讨了知识和认识论的问题。
2. 相对性与人的自由意志相对性意味着每个个体都有自己的看法和选择，这与人的自由意志密切相关。
相对性的存在使得我们有权利和自由选择自己的信仰、态度和行为。
这进一步引导我们思考人的自由意志的确定性和边界。
在哲学中，相对性是一个核心概念，因其涵盖了现实世界的多种关系与观点，引发了众多的哲学思考。
无论是对真理、自由意志还是价值观的思考，相对性都扮演着重要角色。
狭义相对论
物理学家感到自豪而满足，两个事例： 在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只 要做一些零碎的修补工作就行了。也就是在测量数据 的小数点后面添加几位有效数字而已。 ——开尔芬（1899年除夕） 理论物理实际上已经完成了，所有的微分方程都 已经解出，青年人不值得选择一种将来不会有任何发 展的事去做。 ——约利致普朗克的信
由干涉理论，时间差的变化引起的移动条纹数
L1 L2 u 2 N c2 4 对于 L1 L2 22m,u 3 10 m s, 589nm c( t t )
N 0.40
但实验值为 N 0 以太不存在，光速与参考系无关。 该结果说明什么问题呢？
S
P
A
L1
实验结果：条纹无移动(零结果 )。以太不存在，光速与参考系 无关。
干涉条纹
B
地球公转
按照伽利略速度变换
u
A
L2
S
L1 L1 2 L1 t PAP 2 2 c u c u c (1 u c )
P
L1
v c u
2
2
2 L2 L1 t t PBP t PAP c 1 u2 c2 1 u2 c2 干涉仪转90°后 ，时间间隔变成
第 十 三 讲
狭义
相对论
运动是相对的，在研究运动相对性问题时，认识到 了参考系的概念。
本章研究的问题:
在两个惯性系中考察同一物理事件
通常： 实验室参考系 定为S系 运动参考系 定为S’系
1.伽利略相对性原理
从“三大守恒定律”到“牛顿运动定 律”，完成了“经典力学”的构建。几 乎可以用来解释所有宏观、低速运动现 象。 正如欧几里德几何建立在几条基本假设 的基础上， “经典力学的大厦”建立在“伽利略时 空观”的假设上。
2.1狭义相对论基本原理.pdf
速应该各向不等，因而可看到干涉条纹。再使整个仪器转过 900，就应该发现条纹的
移到，由条纹移动的总数，就可算出地球运动的速度 v。迈克尔孙—莫来实验的装置
如图 2-1-2 所示，使一束由光源 S 射来的平行光，到达对光线倾斜 450 角的半镀银镜
面 M 上，被分成两束互相垂直的相干光。其中透射部分沿 MM 2 方向前进，被镜 M 2 反 射回来，到 M 上，再部分地反射后沿 MT 进行；反射部分沿 MM1 方行进行，被镜反射
c 动，选 s ' 系固定在介质上，在 s ' 上观察，介质中的光速各方向都是 n ，所以光相对实
验室的速度 u 为
c +v c +v
u=
n
c v
=n 1+
v
1+ n
cn
c2
c + v 1 − v n cn
c +v− v
n
n2
=
c n
+
v1 −
1 n2
。
由此可知，由相对论的观点，根本不需要“以太”的假说，更谈不到曳引
c +v
c −v
传播速度为 n ，逆水为 n ；若水完全不带动以太，光对装置的速度顺逆水均为
c
c + kv
c − kv
n ；若部分被带动，令带动系数（曳引系数）为 k，则顺水为 n ，逆水为 n ，
k 多少由实验测定，这时两束光到达目镜 T 的时差为
t = 2l − 2l 4lkv
c − kv n
系数了。
迈克尔孙—莫来实验 迈克尔孙—莫来于 1887 年利用灵敏的
S
M1 M2
M T
图 2-1-2
高中物理第五章相对论第一节狭义相对论的基本原理第二节时空相对性学案含解析粤教版选修
第一节 狭义相对论的基本原理第二节 时空相对性的科学探究思想和逻辑推理方法．一、伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的． 二、狭义相对论的两个基本假设： 1．狭义相对性原理在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的； 2．光速不变原理真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系．三、时间和空间的相对性 1．“同时”的相对性 “同时”是相对的．在一个参考系中看来“同时”的，在另一个参考系中却可能“不同时”的．2．长度的相对性一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小．即l ′＝l 01－(v c)2式中l 是沿杆运动方向的长度，l 0是杆静止时的长度．3．时间间隔的相对性 从地面上观察，高速运动的飞船上时间进程变慢，飞船上的人则感觉地面上的时间进程变慢．Δt ′＝Δt1－(v c)2式中Δt ′是运动的参考系中测得的两事件的时间间隔，Δt 是静止的参考系中测得的两事件的时间间隔．四、相对论的时空观 1．经典物理学的时空观经典物理学认为时间和空间是脱离物质而存在的，是绝对的，时间和空间之间也是没有联系的．2．相对论的时空观相对论认为有物质才有时间和空间，时间和空间与物质的运动状态有关，因而时间与空间并不是相互独立的．预习交流学生讨论：什么是惯性系？什么是非惯性系？答案：牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系就是惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系，例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木、房屋向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋、树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立，这里加速的车厢就是非惯性系．相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．一、对狭义相对论的两个基本假设的理解1．如何理解经典相对性原理？答案：（1）惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．（2）这里的力学规律是指“经典力学规律”．（3）本原理可以有不同表示，比如：在一个惯性系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否对于另一个惯性系做匀速直线运动；或者说，任何惯性参考系都是平权的．2．对光速不变原理如何理解？答案：我们经常讲速度是相对的，参考系选取不同，速度也不同，这是经典力学中速度的概念，但是1887年迈克耳孙—莫雷实验中证明的结论是：不论取怎样的参考系，光速都是一样的，也就是说光速的大小与选取的参考系无关，光的速度是从麦克斯韦方程组中推导出来的，它没有任何前提条件，所以这个速度不是指相对某个参考系的速度．3．学生讨论：试述当经典力学时空观遇到光速不变的实验事实这一困难时，爱因斯坦是如何解决的，它的意义如何．答案：爱因斯坦提出了两条基本假设即爱因斯坦相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．“光速不变原理”：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同．两条基本假设的提出解决了光速不变的困难．同时为狭义相对论的建立奠定了基础，使得人们的时空观发生了重大的变革，使得看似毫无联系的时间与空间紧密地联系在了一起．分析下列几种说法：（1）所有惯性系统对物理基本规律都是等价的．（2）在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关．（3）在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都相同．关于上述说法（）．A．只有（1）（2）是正确的B．只有（1）（3）是正确的C．只有（2）（3）是正确的D．三种说法都是正确的答案：D解析：狭义相对论认为：物体所具有的一些物理量可以因所选参考系的不同而不同，但它们在不同的参考系中所遵从的物理规律却是相同的，即（1）（2）都是正确的．“光速不变原理”认为：在不同的惯性参考系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都是相同的．（3）正确．对两个基本原理的正确理解：1．自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁学规律等其他所有的物理学规律．2．强调真空中的光速不变，指大小既不依赖于光源或观察者的运动，也不依赖于光的传播方向．3．几十年来科学家采用各种先进的物理技术测量光速，结果都不违背光速不变原理．二、对“同时”相对性的理解1．怎样理解同时的相对性？答案：同时是指两个事件发生的时刻是相同的，“相同”是观察者得出的结论，不同的观察者观察到的结果是不“相同”的．2．怎样理解时间间隔的相对性？答案：运动的时钟变慢：时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，观察者会看到它变慢了，运动速度越快，效果越明显，即运动着的时钟变慢．3．怎样理解经典时空观与相对论时空观的区别？答案：经典力学时空观：绝对的真实的数学时间，就其本质而言，是永远均匀地流逝，与任何外界无关；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．经典力学时空观的几个具体结论：（1）同时的绝对性：在一个参考系中的观察者在某一时刻观测到两个事件．对另一参考系中的观察者来说是同时发生的，即同时性与观察者做匀速直线运动的状态无关．（2）时间间隔的绝对性：任何事件所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系的运动无关．（3）空间距离的绝对性：如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点的距离也就有绝对不变的量值，而与参考系的选择无关．相对论时空观：空间的大小、时间流逝的快慢都与物体运动的速度有关．4．如图所示：车厢长为L，正以速度v匀速向右运动，车厢底面光滑，两只完全相同的小球，从车厢中点以相同的速率v0相对于车厢分别向前后匀速运动．（1）在车厢内的观察者看来，两球是否同时到达两壁？（2）在地面上的观察者看来，两球是否同时到达两壁？答案：（1）在车厢内的观察者看来，两球同时到达两壁．（2）在地面上的观察者看来，两球不同时到达两壁．解析：（1）在车上的观察者看来，A球经时间t A＝L 2v0＝L2v0到达后壁，B球经时间t B＝L2v0＝L2v0到达前壁，因此两球同时到达前后壁．（2）在地面上的观察者看来，A球经时间t A′＝L 2v0＋v ＝L2(v0＋v)到达后壁，B球经时间t B′＝L2v0－v＝L2(v0－v)到达前壁，因此两球不同时到达前后壁．如图所示，在地面上M点固定一光源，在离光源等距离的A、B两点上固定有两个光接收器，今使光源发出一闪光，问：（1）在地面参考系中观测，谁先接收到光信号？（2）在沿AB方向高速运动的火车参考系中观测，谁先接收到光信号？答案：（1）同时收到（2）B先接收到解析：（1）因光源离A、B两点等距，光向A、B两点传播的速度相等，则光到达A、B 两点，所需要的时间相等，即在地面参考系中观测，两接收器同时收到光信号．（2）对于火车参考系来说，光源和A、B两接收器都沿BA方向运动，当光源发出的光向A、B传播时，A和B都沿BA方向运动了一段距离到达A′，B′，如图所示，所以光到达A′的距离长，到达B′的距离短，即在火车参考系中观测，B比A先收到光信号．1．经典物理学认为，同时发生的两件事在任何参考系中观察，结果都是同时的．2．相对论观点认为，“同时”是相对的，在一个参考系中看来是“同时”的，在另一个参考系中却可能是“不同时”的．三、长度的相对性如图所示，地面上的人看到杆的M 、N 两端发出的光同时到达他的眼睛，他读出N 、M 的坐标之差为l ，即地面上的观察者测得杆的长度为l 0，若在向右匀速运动的车上的观察者测得的杆长为l ，则l 和l 0是否相等？为什么？答案：不相等，l 0＞l ，因为车上的观察者看到N 端先发光，而M 端后发光，车上的观察者测得的长度l 比地上的观察者测得的长度l 0小，这是因为同时的相对性导致了长度的相对性．严格的数学推导告诉我们l 0和l 之间的关系为l ＝l 01－(vc)2，可见总有l ＜l 0．在一飞船上测得飞船的长度为100 m ，高度为10 m ．当飞船以0.60c 的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船有多高、多长？答案：10 m 80 m解析：因为长度收缩只发生在运动的方向上，与运动垂直的方向上没有这种效应，故测得的飞船的高度仍为原来高度10 m ．设飞船原长为l 0，观测到飞船的长度为l ，则根据尺缩效应有l ＝l 01－(v c )2＝100×1－(0.6c c)2m ＝80 m所以观测到飞船的高度和长度分别为10 m 、80 m ．1．在垂直于运动方向上，杆的长度没有变化．2．这种长度的变化是相对的，如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了．3．由l ＝l 01－(v c)2知v 越小长度的变化越小．四、时间间隔的相对性一列高速火车上发生两个事件：假定车厢上安装着一个墨水罐，它每隔一定时间滴出一滴墨水．墨水在t 1、t 2两个时刻在地上形成P 、Q 两个墨点，设车上的观察者测得两事件间隔为Δt ，地面上的观察者测得两事件间隔为Δt ′，车厢匀速前进的速度为v ，试比较Δt ′和Δt 的大小．答案：Δt ＞Δt ′解析：车上观察者认为两个事件的时间间隔：Δt ＝t 2－t 1地面观察者认为两个事件的时间间隔：Δt ′＝t 2′－t 1′ 根据公式l ＝l 01－(v c)2，通过一定的数学推导可以得出：Δt ′＝Δt1－(v c)2，即Δt ＞Δt ′一对孪生兄弟，出生后甲乘高速飞船去旅行，测量出自己飞行30年回到地面上，乙在地面上生活，问甲回来时30岁，乙这时是多少岁？（已知飞船速度v ＝32c ）答案：60岁解析：飞船中的甲经时间Δt ′＝30年，地面上的乙经过的时间为Δt ＝Δt ′1－(v c)2＝301－(32c c)2年＝60年，可见乙这时60岁了． 1．由“同时”的相对性引起了长度的相对性．从而引起了时间的相对性．2．由Δt ′＝Δt1－(v c)2知，v 越大，Δt ′越短．1．某地发生洪涝灾害，灾情紧急，特派一飞机前往，飞机在某高度做匀速直线运动，投放一包救急品，灾民看到物品做曲线运动，飞行员看到物品做自由落体运动，物品刚好落到灾民救济处，根据经典时空观，则下列说法正确的是（ ）．A ．飞机为非惯性参考系B ．飞机为惯性参考系C ．灾民为非惯性参考系D ．灾民为惯性参考系 答案：BD解析：物品投放后，仅受重力作用，飞行员是初速度为零的自由落体运动，符合牛顿运动定律，故飞机为惯性参考系，B 对；而地面上的人员看物品做初速度不为零的抛体运动，也符合牛顿运动定律，D 也对．2．如图所示，强强乘速度为0.9c （c 为真空中的光速）的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c ，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为（ ）．A ．0.4cB ．0.5cC ．0.9cD ．1.0c答案：D解析：根据爱因斯坦的狭义相对论，在一切惯性系中，光在真空中的传播速度都等于c ．故选项D 正确．3．麦克耳孙—莫雷实验说明了以下哪些结论（ ）． A ．以太不存在B ．光速的合成满足经典力学法则C ．光速不变D ．光速是相对的，与参考系的选取有关答案：AC解析：麦克耳孙—莫雷实验证明了光速不变的原理，同时也说明以太是不存在的． 4．假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，车内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是（ ）．A ．这个人是一个矮胖子B ．这个人是一个瘦高个子C ．这个人矮但不胖D ．这个人瘦但不高 答案：D解析：取路旁的人为惯性系，车上的人相对于路旁的人高速运动，根据尺缩效应，人在运动方向上将变窄，但在垂直于运动方向上没有发生变化，故选D ．5．以8 km/s 的速度运行的人造卫星上一只完好的手表走过了1 min ，地面上的人认为它走过这1 min“实际”上花了多少时间？答案：（1＋3.6×10－10）min解析：卫星上观测到的时间为Δt ′＝1 min ，卫星运动的速度v ＝8×103m/s ，所以地面上观测到的时间为Δt ＝Δt ′1－v 2c 2＝11－(8×1033×108)2min＝（1＋3.6×10－10）min ．。
狭义相对论基础
2.经典力学时空观
据伽利略变换，可得到经典时空观 （1）同时的绝对性
在同一参照系中，两个事件同时发生 据伽利略变换，在另一参照系中， 在其他惯性系中，两个事件也一定同时发生。
同时的绝对性。
经典力学时空观
（2）时间间隔的测量是绝对的 在同一参照系中，两个事件先后发生，其间隔为
据伽利略变换，
ax
ax
du dt
ay a y
vz vz
az az
ax a x ay a y az az
逆
vx vx u vy vy
ax
ax
du dt
a y ay
a x ax 惯性系 a y ay
vz vz
az az
a z az
狭义相对论基础
8.1 经典力学的相对原理和时空观
一. 经典力学的相对性原理
力学现象对所有惯性系，都遵循同样的规律
研究力学规律时，所有的惯性系都是等价的
静止
物块 匀速 以车子为参照系
静止
以地球为参照系 匀速运动
两者的运动规律是相同的 合外力F=0
伽利略相对性原理
两个参考系（约定系统）
如图，S，S'相应坐
hv0 c
e0
hv e
c
电子
x
mv
相对论动力学基础
证明：在图中，入射光子的能量和动量分别为
和
,与物质中质量为m0的静止自由电子发生碰撞
。碰撞后，设光子散射开去而和原来入射方向成 角
，这时它的能量和动量分别变为 和
和 代表在光子运动方向的单位矢量。
与此同时电子向着某一角度的方向飞去，它的能 量和动量分别变为 mc2 和
伽利略相对性原理的内容与弊端
设惯性系S静止，其时空坐标为t、x、y、z，另一惯性系S的时空坐标为t、x、y、z。S系的x轴与k系的x轴重合，y、z轴分别与y、z轴平行。S系以速度v沿x轴相对于k系作匀速直线运动。在S系原点与k系原点重合的一瞬间，校准分别静止于两个坐标系的钟，使t=t=0,于是，得到伽利略坐标变换式[4]:
论述其在近代物理学史上不可替代的重要作用。
1 伽利略相对性原理的创立过程
1.1 伽利略相对性原理的创立背景
欧洲中世纪经过神学改装了的亚里士多德的自然观占有绝对的政治地位，它成为封建神权统治者统治民众思想的工具。亚里士多德认为，地球和地上所有物体都是由四种元素组成的，它们分别是气、火、水、土。其中火和气形成向上流动的轻物，水和土形成了向下掉落的重物。而一种叫做以太的物质组成了天体。由于受到封建神权的思想统治，没有人敢质疑亚里士多德模式的地心体系。因此，天文学上的行星运动问题，就成为了科学摆脱神学而独立形成新的科学体系的关键。也是正确描述运动现象和建立正确的物理理论所必须要解决的问题。托勒密认为地球是静止不动的。他是这样解释的:如果地球不是静止的，它如何能保持地上的物体停留在地面上而不运动呢?地上的物体并没有都固定在地面上，亚里士多德说过，任何重物必然保持不动。如果地球是运动的，那地面上物体岂不是会滑动吗?既然看不到地面上的物体滑动，那就只能说明地球是静止不动的。
狭义相对论
狭义相对论•狭义相对论的诞生在科学史上，1905年被称为：爱因斯坦奇迹年。
在这一年，爱因斯坦共发表了4篇学术论文，每一篇都是诺奖级别的理论，并且也是开创性的科学成果.其中，在1905年6月30号发表的《论动体的电动力学》，后来也被叫做：狭义相对论1.伽利略变换：伽利略曾经提出过了一个“伽利略变换”：在伽利略变换下，时间测量与空间测量均与参考系的运动状态无关，时间与空间亦不相联系.x=x +vt y=y z=z t=t伽利略变换蕴含的时空观：同时性是绝对的;时间间隔是绝对的;杆的长度是绝对的.也就是说：空间、时间与物体的运动状态无关.例：A和B相互靠近，如果选择A为参考系，我们就可以得出A是静止的，B在运动，如果选B为参考系，那B就是静止的，A在运动，如图1如果B在车上向前走，如图2，那站在地面上的人看来，B的速度为v=v1+v2在这个理论当中，速度是可以叠加的.后来，牛顿把伽利略变换纳入到的自己的力学体系当中.我们在运用牛顿定律的时候，都得先规定好一个参考系.2.麦克斯韦VS牛顿牛顿理论后来被广泛运用，甚至还能预言海王星的存在，成为了物理学坚定的基石理论.后来科学家开始研究“电”和“磁”。
尤其是到了麦克斯韦的时代，麦克斯韦提出了麦克斯韦方程，统一了“电”和“磁”，并提出了电磁波的概念，还预言光是一种电磁波.物理学家赫兹通过实验验证了麦克斯韦的观点，可麦克斯韦方程是不需要参考系的，即：电磁波速度，或者说光速是不需要相对于某个参考系而言的。
在任何惯性参考系下，光速都是3×108m/s.这就和牛顿力学是相互矛盾的.当时的科学家就认为这个光传播的速度应该是相对于它的介质的，而不是绝对的.因此，科学家认为空间中布满了一种叫做“以太”的物质.以太对于光（电磁波），就如同水对于水波这般.1851年，菲索做了流水对光速影响的实验.1887年，迈克尔逊和莫雷在美国克利夫兰用迈克尔逊干涉仪测量两垂直光的光速的差值.结果均证明“以太不存在”.•狭义相对论1.狭义相对论的基本假设(1)相对性原理（伽利略变换）对于描述一切物理过程（包括物体位置变动、电磁以及原子过程）的规律，所有的惯性系都是等价的。
狭义相对论与伽利略相对性原理的关系
班级：
社保122班学号：122431姓名：
陆春丽讨论狭义相对论与伽利略的相对性原理的关系：
二者都承认相对性原理，但是，伽利略的相对性原理仅仅在力学范围，狭义相对论把光（电磁）运动也纳入相对性原理。
爱因斯坦在伽利略的基础上，又添加了自己的思考与观点，纠正了人们对于时间的错误认知。
而且，狭义相对论建立在两个基本的假设之上：
A、光速不变原理—在任何参考系内真空中的光速是不变的，各向同性的，与光源的速度无关。
B、相对论原理—物理学的规律在任何惯性参考系内都是一样的。
（引自《物理与文化》）
伽利略相对性原理能够解决低速情况下（一般指速度小于光速的十分之一）的问题，而狭义相对论既适用于高速情况，也适用于低速情况。
换句话说，伽利略相对性原理是狭义相对论的低速近似。
也就是运动速度远远小于光速时，狭义相对论的因子会趋向于1。
若按伽利略变换，对两个以不同速度运动的惯性系来说，麦克斯韦电磁场方程中的光速就要有不同的数值，即方程要有不同的形式，这就违反了相对性原理。
而后，这个问题由爱因斯坦从基本原理出发就解决了。
爱因斯坦指出：
只要承认光速不变，就会看到时间的快慢在不同的参考系中是不同的，时间（或同时性）是相对的。
正是由于爱因斯坦正确地认识了伽利略相对性原理，而在当时，人们都错误的理解伽利略相对性原理，爱因斯坦解决了症结所在。
毫无疑问的，伽利略的相对性原理为狭义相对论提供了理论基础。
1/ 1。
伽利略相对性原理
伽利略相对性原理伽利略相对性原理是现代物理学中的一个基本概念，它揭示了物理世界中运动的相对性。
根据这一原理，无论观察者自身是否在运动，物理规律都是相同的。
这一概念的提出，深刻地改变了人们对运动和空间的认识，对后来相对论的发展产生了深远的影响。
伽利略相对性原理最早由意大利科学家伽利略·伽利莱在16世纪提出。
他通过实验和观察发现，地球上的物体在没有外力作用下会保持匀速直线运动，而且在相对运动的参照系中，物体的运动状态是相对的，而非绝对的。
这一发现颠覆了牛顿力学中关于绝对时空的观念，为后来相对论的建立奠定了基础。
在伽利略相对性原理的基础上，爱因斯坦在20世纪初提出了狭义相对论，进一步深化了对运动和空间的理解。
他指出，时间和空间并不是绝对不变的，而是随着观察者的运动状态而发生变化。
这一理论不仅在科学界引起了轰动，也对人们的世界观产生了深刻的影响。
相对性原理的重要性不仅体现在物理学领域，也在其他领域有着广泛的应用。
在日常生活中，我们常常会遇到相对运动的情况，比如乘坐火车时看到窗外的景物在快速移动，但我们很难感受到自己的运动状态。
这些都是相对性原理的具体体现。
通过对伽利略相对性原理的深入研究，我们可以更好地理解宇宙的运行规律，揭示物质世界的奥秘。
同时，也可以更好地把握自己的处境，认识到人类的认知是有限的，需要不断地开拓和深化。
因此，伽利略相对性原理的意义远不止于物理学领域，它对人类的认知和生活都有着重要的启示。
总之，伽利略相对性原理是现代物理学中的重要概念，它揭示了运动的相对性和空间的相对性，对物理学和人类认知都产生了深远的影响。
通过对这一原理的深入理解，我们可以更好地认识世界，把握自己的处境，不断拓展认知的边界。
相对性原理的发现和应用，将继续推动人类对宇宙和自身的认知不断向前发展。
狭义相对论简介
1 m0 v 2 2
1 2 Ek m0 v 2
这就是我们过去熟悉
的动能表达式，这也能让 我们看出，牛顿力学是相 对论力学在低速情况下的 特例．
补充:相对论中动量和能量的关系
E mc 2
消去速度v
m0c 2 1 v / c
2 2
p mv
m0 v 1 v2 / c2
• 19世纪末的经典物理
– 牛顿力学——17世纪后期建立(牛顿、哈密顿、 拉格朗日等） – 电磁学理论——19世纪中期建立（法拉第、麦 克斯韦） – 热力学与统计物理——18世纪末到19世纪末建 立（卡诺、焦耳、克劳修斯、麦克斯韦等）
一、矛盾的出现:
经典的相对性原理（伽利略相对性原理）：
相对于一个惯性系作匀速直线运动的一切参考系 都是惯性系，即：对于物理学规律来说，一切惯性系 都是等价的。
Ek E E0
Ek m0 c 2 v 1 c
2
E mc
2
m0 c
2
2
E0 m0c 2
v 1 c
v 1 c
1v 1 2c
2
2
Ek
1 v m0 c 2 m0 c 2 m0 c 2 2 c 1v 1 2c
2
∆t
∆ t'
1 v / c
2
更严格的推导表明， 此式子具有普遍的意义。
由于运动，火车上的时间进程变慢了，即其中一切 物理化学进程，乃至观察者自己的生命节奏都变缓了， 但车上的人没有感觉，反而认为地面上的进程慢了。
一个惯性系中，运动的钟比静止的钟走 的慢，这种效应叫爱因斯坦时间延缓或时 间膨胀，又叫钟慢效应。
第5章--狭义相对论(洛仑兹变换)
∂2 ∂2 ∂2 ∇2 = 2 + 2 + 2 ∂x ∂y ∂z
r r ∂E 2 ∇ E − µ0ε0 2 = 0 ∂t
2
C=
1
ε0µ0
≈ 3.0×108 m/ s
C为真空中的光速 为真空中的光速 但是，人们发现麦克斯韦电磁波方程不满足伽利略 但是， 变换， 变换，是电磁波方程出了问题还是伽利略变换出了 问题？如果要保证两者都正确， 问题？如果要保证两者都正确，必须假定真空中存 在着光的传播媒质“以太”。 在着光的传播媒质“以太 。
y
y′
r u
•p v r′
y = y′
z = z′ t = t′
v r
o
r v r v ' = v −u
o′ x′ x z z′ r v 加速度变换: a′ = a 加速度变换
v R
速度变换: 速度变换 加速度变换: 加速度变换 由变换可见经典力学建立在绝对的时空观的基础之上. 绝对的时空观的基础之上 由变换可见经典力学建立在绝对的时空观的基础之上 K系 系 K′系 ′
x =
'
x − ut 1− u2 c2
y' = y
z' = z
u t− 2 x x ' c t = = γ (t − β ) 2 2 c 1−u c
x=
x′ + ut′ 1− u c
2 2
= γ (x′ + βct′)
y = y'
u x′ 2 x' c t= = γ (t'+β ) 2 2 c 1−u c t′ +
z = z'
令
1 1 u γ= = . β= ， 2 2 2 c 1− u c 1− β
第六章-狭义相对论基础
c
1 2
1 2
得
l l 12
（5）
空间间隔（或称物体长度）是相对的,和 物体一起运动的惯性系中测得的长度最长,而 与物体相对运动的惯性系中测得的长度就短 些,即运动物体沿其运动方向的长度变短了。
尺缩效应动画
6.4 洛仑兹变换 相对论时空观的再讨论
6.4.1 洛仑兹变换 两个惯性系
S 和 S′,因二者只 沿 x 方向有相对
（3）长度缩短（尺缩效应）
t2 t1 2lc (3) •
l
入射段：
o
图1
lVt1ct1
t1
l c V
V t1
••
o o
l
图2
反射段：
lV t2ct2
t2
l c V
V(t1t2)
•
•
o
o
l
图3
M
V
M
M
tt1t2c lVc lV12 lc2
由 (2)式 ,得
t t
1 2
（4）
于是有
2l
2l
c
物体的速度不能超过真 空中的光速。
6.4.2 相对论时空观的再讨论
（1）同时的相对性
S S V
a l •
O (x1,t1) O
( x1 , t1 )
M l b
•
•
x (x2,t2 )
x ( x2 , t2 )
在S'系看
t2 t1
x2x1 2l
在S系看，由洛仑兹变换
t1
t1 Vx1 1V 2
c2 c2
由洛仑兹变换
xa
xa Vta
1 2
b(xb ,tb ) x
狭义相对论
S为固定惯性系 伽利略坐标变换式
S´为运动惯性系
x' = x − vt y' = y z' = z t, y′, z′)
o
Z
O'
X
X′
Z′
伽利略变换表明： 伽利略变换表明： (1)时间、同时性是绝对的。 (1)时间、同时性是绝对的。 时间
S系
∂2 ∂2 ∂2 1 ∂2 E − ( 2 + 2 + 2 )E = 0 2 2 c ∂t ∂x ∂y ∂z
S’系 系
∂ ∂ 1 ∂ ∂ E'−( 2 + 2 + 2 )E' = 0 2 2 c ∂t ∂x ∂y ∂z
2 2 2 2
麦克斯韦电磁理论的重要结论：电磁波在真空中 麦克斯韦电磁理论的重要结论： 是一个与参考系无关的常量。 的速度 c = 1 /(ε0µ0 )1 / 2 是一个与参考系无关的常量。 然而按照经典力学的伽利略变换式， 然而按照经典力学的伽利略变换式，物体的速度是和 惯性系的选取有关的，这样， 惯性系的选取有关的，这样，光速就应随惯性系的选 取而异，不再是一个不变的常量了。 取而异，不再是一个不变的常量了。这就产生了一个 问题：经典力学的相对性原理， 问题：经典力学的相对性原理，即伽利略变换式能否 应用于麦克斯韦的电磁理论？ 应用于麦克斯韦的电磁理论？
仅凭观测球的上 抛和下落， 抛和下落，不能 觉察车相对地面 的运动。 的运动。
S′
匀速直 线运动
S′
S系
匀速直 线运动
1-2 狭义相对论的建立 迈克耳孙-莫雷实验 一、迈克耳孙 莫雷实验
十九世纪末， 十九世纪末，在光的电磁理论发 展过程中， 展过程中，有人认为宇宙间充满着一 种叫做“以太”的媒质，光是靠“ 种叫做“以太”的媒质，光是靠“以 来传播的，并且把“以太” 太”来传播的，并且把“以太”选作 绝对静止的参考系。 绝对静止的参考系。凡是相对于这个 绝对参考系的运动叫做绝对运动。 绝对参考系的运动叫做绝对运动。
狭义相对论
6 例：地面参照系 S 中，在 x = 1.0 ×10 m 处，于 t = 0.02s 时刻 轴正向运动， 爆炸了一颗子弹。 爆炸了一颗子弹。一飞船沿 x轴正向运动，速率 u = 0.75c 求：飞船参照系 S′中的观察者测得炸弹爆炸的地点和时间 x ut 1.0×106 0.75×3×108 × 0.02 解： x′ = = = 5.29×106 m 1 (0.75)2 1 u2 / c2
r r dV ， dVx S： a = dt ax = dt r r dV′ ， dVx′ a′ = S′： a′ = x ′ dt dt′
dVz az = dt
′ dVy a′ = y dt′
dVz′ a′ = z dt′
dVx = dVx′ ′ dVy = dVy dVz = dVz′ dt = dt′
在所有惯性系中， 在所有惯性系中，力学定律都相同
第2节 狭义相对论的两个基本假设 洛仑兹变换
一、经典物理学的困难 绝对参照系 不具有伽利略变换不变性 麦克斯韦方程组， 麦克斯韦方程组，
y c
c2 u2
y′
u
O′ c u
c
S
O
c x
c +u
S′
x′
c
绝对参照系
c2 u2
麦克尔逊麦克尔逊-莫雷实验 在地球上及在任意一个惯性系中， 在地球上及在任意一个惯性系中，光沿各个方向的传播速度 都相同， 都相同，都等于同一个恒量 二、爱因斯坦的两个基本假设 爱因斯坦：相对性原理应当是普遍适用的 爱因斯坦： “绝对静止”不符合力学现象及电磁学现 绝对静止” 绝对静止 象 1905年 论动体的电动力学》 1905年，《论动体的电动力学》 假设I 假设I：一切物理学定律在所有惯性系中都相同 ——— 狭义相对性原理 假设II：在所有惯性系中， 假设II：在所有惯性系中，光在真空中沿各个方向的 II 传播速度都相同， 传播速度都相同，都等于同一个恒量 ——— 光速不变原理
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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班级：社保122班学号：122431 姓名：陆春丽讨论狭义相对论与伽利略的相对性原理的关系：
二者都承认相对性原理，但是，伽利略的相对性原理仅仅在力学范围，狭义相对论把光（电磁）运动也纳入相对性原理。
爱因斯坦在伽利略的基础上，又添加了自己的思考与观点，纠正了人们对于时间的错误认知。
而且，狭义相对论建立在两个基本的假设之上：
A、光速不变原理—在任何参考系内真空中的光速是不变的，各向同性的，与光源的速度无关。
B、相对论原理—物理学的规律在任何惯性参考系内都是一样的。
（引自《物理与文化》）
伽利略相对性原理能够解决低速情况下（一般指速度小于光速的十分之一）的问题，而狭义相对论既适用于高速情况，也适用于低速情况。
换句话说，伽利略相对性原理是狭义相对论的低速近似。
也就是运动速度远远小于光速时，狭义相对论的因子会趋向于1。
若按伽利略变换，对两个以不同速度运动的惯性系来说，麦克斯韦电磁场方程中的光速就要有不同的数值，即方程要有不同的形式，这就违反了相对性原理。
而后，这个问题由爱因斯坦从基本原理出发就解决了。
爱因斯坦指出：只要承认光速不变，就会看到时间的快慢在不同的参考系中是不同的，时间（或同时性）是相对的。
正是由于爱因斯坦正确地认识了伽利略相对性原理，而在当时，人们都错误的理解伽利略相对性原理，爱因斯坦解决了症结所在。
毫无疑问的，伽利略的相对性原理为狭义相对论提供了理论基础。