相对论PPT课件

S‘系 P(x,y,z,t)
变换关系：如伽利略变换关系（经典） 洛仑兹变换关系（相对论）
§1 伽利略变换与力学相对性原理
一、伽利略变换
x x ut
y y
u
S S
P(x, y,z,t)
伽利略变换 y y z z
ut
(x,y,z,t)
t t
（正变换）
0 0 z z
x x
由伽利略变换有
vv-u aa
美国科学家密立根 测得电子电量 e1.5 91 019 C
electron
意义：打开了原子世界的大门，电子是比氢原 子更小的粒子--第一个基本粒子。
2） (伦琴,德国）：1895年11月8日。第一个荣获 诺贝尔物理学奖的科学家。
重要意义： x 射线是什么？电磁波还是粒子？ --重大的应用价值。
3、贝克勒尔（法国）和居里夫人（波兰）。
令： u
c
x
x ut 1 2
y y z z
t
t
u c2
x
1 2
洛仑兹正变换
x
x u t 1 2
y y z z
t
Baidu Nhomakorabea
t
u c2
x
1 2
洛仑兹逆变换
x
x ut 1 2
y y z z
t
t
u c2
x
1 2
讨论：
1、时间与空间不可分割
2、u<<c 退化为伽利略变换
1899年除夕夜的欧洲著名科学家的新 年聚会上，大会主席开尔文贺词中说： “19世纪已将物理学的大厦全部建成，今 后的任务是如何修饰完善这所大厦了”， 接着又说：“在物理学的晴朗天空里还存 在着两朵小小的乌云：”
二十世纪物理学天空的两朵乌云：
1、 以太是否存在？ (迈克尔逊莫雷)实验结 果否定了以太的存在
P1 l P2
x x
静长： （固有长度）
l0 x2 x1
动长： l x2x1
S系的观察者必须同时记下棒两端的坐标
(动长的测量两端点必须同时进行 )
x x ut
1 2
l l0
1
u c
2、经典电磁理论对热 辐射解释的失败。
Plank普朗克的老师约利在给普朗克 的信中劝他不要选物理学作为自己的研 究方向。他认为：青年人不应毁掉自己 的一生，不值得选择一种将来不会有任 何发展前景的事去做。在这种思潮下， 物理学的发展处于停滞状态。
二十世纪的重大发现：
1、J.J.汤姆逊和A.密立根 J．J．汤姆生发现电子
2、空间间隔的相对性（尺缩效应）
看一根运动的棒：沿ox或o'x'轴运动，S'固 定在棒上，S系为静止坐标系（即棒相对于S系 以速度u运动）。两个坐标系的观察者如何测量 棒的长度？
S
S
u
P1
l
P2
x x
S
S
P1 ( x1 , t ) P2 ( x 2 , t )
u
( x1 , t1 ) ( x 2 , t 2 )
3、u>c ,变换式失去意义， 光速是一切物体运动速率 的极限
两事件：
S系 y
P( x , y ,z ,t )
( x, y,z,t )
o
（如发射炮弹） z
P( x , y ,z ,t ) ( x , y ,z ,t )
（如击中目标）
y
P1
P2
u
o z
x x
S’系
S系 y
y
P1
P2
u
o
o
两件事的时空间隔：z
（1）经典电子论的创立者----洛仑兹力； （2）洛仑兹变换---推动了相对论的建立； （3）教育家-----无数的科学家是他的学生。
x
x ut
1
u2 c2
y
y
z z
t
t
u c2
x
1
u2 c2
S系 y
P(x, y, z, t)
y
(x, y, z, t)
u
o z
o
x x z
S’系
这就是洛仑兹时空坐标变换式
伽变换蕴含绝对时空观：时间测量、空间测量与参 考系运动无关，时间和空间也不相联系
二、力学相对性原理
S Fma
S F m a
Fm a
Fm a
力学相对性原理
力学规律在一切惯性系中都有相同的形式
§2 狭义（爱因斯坦）相对性原理 洛仑兹变换
爱因斯坦 (1879.3—1955.4) 1921年获诺贝尔物理奖 (光电效应)
打开原子核的大门，原子核会分裂； 原子武器和原子能。
总之，这些发现向我们打开了一个全新的世界。
驱散这两朵乌云导致： 相对论的诞生！ 量子论的诞生！
相对论和量子论是现代 科学的两大基石，没有它们， 就没有今天的文明。
§1 力学（伽利略）相对性原理 伽利略变换 §2 狭义相对论 §3 广义相对论简介
我方飞行员
通常：地面指挥中心叫静止坐标系S，结果P (x, y,z,t).
我方飞机相对地面指挥中心运动，叫运动坐标
系S', 结果P (x,y,z,t.)
以后，只研究：S’系相对于S系沿x轴以速度u运动：
S系
y
y
P(x, y, z, t)
(x, y, z, t)
u
o z
o z
x x
S’系
S系 P(x,y,z,t) P事件
事件P： 即某一时刻在空间某一点发生的某一“现 象”，如：飞机的起飞，火车进站，爆炸，等。
测量及结果：物理上用仪器确定事件空间、时间、温 度、速度等的行动，测得的数据即为结果。显然，对 同一事件P，不同的观察者，其测量的结果是不一样 的，因为不同的观察者，所处的角度不同（参照系）。
敌机（目标）
地面指挥中心
一、爱因斯坦假设
(1)狭义相对性原理
一切物理定律在所有惯性系中都是相同的,即所有 惯性参考系都是等价的，没有一个至高无上的惯性系
(2)光速不变原 理
在所有惯性系中，光速等于恒定C，它不依赖于惯性系
之间的运动，也与光源、观察者的运动无关
二、洛仑兹变换
H.A.Lorentz( 洛 仑 兹 ) : 1853~1928，荷兰物理 学家、数学家。主要 贡献：
z
x x
S’系
x x2 x1 S系： y y 2 y 1
z z2 z1
x x 2 x 1 y y 2 y 1 S'系： z z 2 z 1
t t2 t1
t t 2 t1
x
x ut 1 2
y y z z
t
t
u c2
x
1 2
三、狭义相对论的时空观
1、“同时”的相对
性
y
y
P1 ( x1 , t1 ) ( x1 , t1 )
o
u
P1
o
( x 2 , t 2 ) P2 ( x2 ,t2 )
x x
z
z
由洛仑兹变换有：
t t2 t1
u c2
x
1 2
除非x0 ，否则t 0 ，两件事不是同时发生的。
结论：
在一个惯性系中同时发生的两件事，在其 它的惯性系中不一定是同时发生的,即同时性是 相对的.