狭义相对论简介

2 L2 2L 2 t PBP c 2 u 2 c 1 u2 c 2
8
干涉仪转90°引起时间差的变化为
L1 L2 u 2 t t c c2
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 L L 22 m, u 3 10 m s, 589nm 对于 1 2 c( t t )
ct ct
O O
( x,0,0, t ) x
x
z
z
2 2 2 2 2 S : x y z c t 光速不变原 S: x 2 y 2 z 2 c 2 t 2 理数学表达 令 y z 0 , y z 0，x 0, x 0，则有
1983年国际规定：真空中的光速为物理常数 c 299 792 458 ms 1 1m 是光在真空中 1/299792458 秒内所经过的 距离。 6 www.niuwk.com 牛牛文库文档分享
二、光速不变原理的实验验证 1、Michelson-Morlay 实验（1881–1887） 当时认为光在“以太”（ ether ）中以速度 c 传播。 设“以太”相对太阳静止。
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三、光速不变原理的数学表达 设S 系相对S系作匀速直线运动
y
S
y
S
u
O
O
x
x
z
z
当 O 和 O 重合时， 由原点 发出闪光。
规定：O 和 O 重合时 t t 0
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y
S
y
S
u
B
地球公转
u
L2
S
P
A
实验目的：干涉仪转 90° ，观测干涉条纹是 否移动？
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。
L1
干涉条纹
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7
B
地球公转
按照伽利略速度变换
u
Fra Baidu bibliotek
L2
S
L1 L1 2 L1 t PAP 2 2 c u c u c (1 u c )
N 0.40
但实验值为 N 0 ，这表明以太不存在，光速
与参考系无关。 但是，“发射理论”和“以太 拖曳假说”似乎还可以维护以太的存在。
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2、双星观测结果否定发射理论
A B
v
周期： T 1 A A 2
L
v
cv t1
cv
t2
如果光速与光源运动有关 L t1 c v L T t2 c v 2 因此可能出现 t1 t 2 ，同一 时刻观测到同一颗星处于 不同位置 — 从未观测到。
狭义相对论动力学 §8 四维动量 质量 §9 质能关系 能量—动量关系 §10 相对论粒子动力学方程 §11 四维动量守恒和不变量的应用 §12 力的相对论变换 §13 广义相对论简介
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狭义相对论（一）
相对论运动学
陈信义 编 2005.1
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可见光速与光源运动无 关。发射理论是不对的。
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还 有 其 他 实 验 否 定 发 射 理 论 ， 例 如 Phys. Lett., T. Alvager at al, 12(1964)260 ：
同步加速器产生速度为0.99975 c 的 0
0 +
P
A
L1
v c u
2
2
2 L L 2 1 t t PBP t PAP c 1 u2 c2 1 u2 c2 干涉仪转90°后 ，时间间隔变成
2 L L 2 1 t t t PBP PAP 2 c2 c 1 u2 c2 1 u 牛牛文库文档分享 www.niuwk.com
ct ct
O O
x
x
z
z
因光速与参考系的运动无关，则无论在S 系 还是在 S系中观察，闪光的波前都是球面，球 心分别是O 和 O，而半径分别等于ct 和 ct 。 因此，闪光波前的方程应该为
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y
S
y
S
u ( x ,0,0, t )
恒星
uΔt u 3 104 tg cΔt c 3 108

20.5 光行差角：
ct
ut
如果“以太”被地球拖曳， 光到地球附近要附加速度 u ，观 u 地球公转 察恒星时望远镜不必倾斜。
以太拖曳假说也不对!
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爱因斯坦对麦克尔逊－莫雷实验的评价： ― 还在学生时代，我就在想这个问题了。 我知道迈克耳逊实验的奇怪结果。我很快得 出结论：如果我们承认麦克尔逊的零结果是 事实，那么地球相对以太运动的想法就是错 误的。这是引导我走向狭义相对论的最早的 想法。”
Albert Einstein
1879 –1955
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狭义相对论运动学 §1 光速不变和爱因斯坦相对性原理 §2 洛仑兹变换 §3 同时性的相对性和时间延缓
§4 长度收缩
§5 因果性的绝对性 §6 洛仑兹协变矢量（补充） §7 相对论速度变换
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沿 0 运动方向测得的 运动速度，与用静止辐 射源测得的速度(光速c) 极其一致！ 结果表明，光速与光源运动无关。 下面的恒星光行差现象，可以否定“以太拖 曳”假说。
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3、恒星的光行差（J.Bradley，1727） 观察恒星时，望远镜必须倾斜。
§1 光速不变和爱因斯坦相对性原理
S
S' 火车 u
c
―追光实验”
按照伽利略变换
v c u
光的传播速度，真的与参考系有关吗？
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一、光速不变原理 电磁学理论给出真空中电磁波的传播速度为
c 1 0 0
其中 0 和 0 都是与参考系无关的常数。 真空中光速与参考系无关（即与光源的运动 和观察者的运动无关），不服从伽利略变换。