大学物理学6.1 力学相对性原理及狭义相对论的两个基本假设(一)

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一、伽利略变换 经典力学的相对性原理 1 伽利略变换
问题：
P
在不同的惯性系中， 考察同一物理事件。 设开始 t=t´=0 时，S、S´重合。t时刻，物体到 达P点：
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牛顿力学的绝对时空：长度和时间的测量与参照系无关
伽
正变换
利
略
坐
标
变
换
逆变换
求导
速
度 变 换vvxyvx vyu7
解决困难的几种可能： （1）相对性原理只适用于力学定律，不适用于电 磁学定律→通过测光速来寻找绝对参考系。 （2）相对性原理应当适用于电磁学定律，若伽利 略变换式仍然正确，则电磁学定律要修改。 （3）相对性原理应当适用于电磁学定律，且电磁 学定律是正确的，故必须修改伽利略变换。
爱因斯坦认为： 必须修改伽利略变换！
——力学的相对性原理
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二 狭义相对论基本原理 洛伦兹变换 1、狭义相对论产生的历史背景：
麦克斯韦建立电磁理论，但遇到了尖锐的矛盾： (1)电磁现象似乎满足相对性原理； (2)麦克斯韦方程组在伽利略变换下不能保持形式上的 不变性（协变性）。在这里，光速起了特别重要的作 用。
c 1
00
常数，与坐标系无关。 6
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2 狭义相对论的基本原理（假设）
（1）相对性原理：物理学定律在所有惯性系中 都是相同的，即：描述物理 学现象所有惯性系都是等价 的 （数学形式）。
（2）光速不变原理：在所有惯性系中，真空中 的光速各向相同的量值c ， 与光源的运动无关。
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求导
vz vz
加
速 度 变
aayx

ax ay
换 az az
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2 经典力学的相对性原理 由于同一质点的加速度在不同惯性系中的量值是一 样的，牛顿定律在不同惯性系中具有完全相同的形 式。因此，牛顿定律对伽利略变换不变。
其它由牛顿运动定律导出的力学规律诸如动量守恒 定律、能量守恒定律、角动量守恒定律等也对伽利 略变换不变。即力学定律对伽利略变换不变。
大学物理
第6章 狭义相对论
§6.1 狭义相对论基础(1)
主讲教师：梁先庆 副教授
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原则上，可以在任意参考系中，运用力学规律对同 一物体的同一运动进行研究。——运动的相对性
问题：
1、对于不同的参考系，基本力学定律的形式是完 全一样的吗？
2、对于不同的参考系，长度和时间的测量结果是 一样吗？
对这些问题的回答，物理学经历了从牛顿力学到 相对论的发展。
按照经典理论，c 为S系中的光速，c′ 为S′系的光速，
由伽利略变换得：c′=c±u，u 为S′相对S的速率，±表
示c 与u 的方向相反或相同，说明在S′系中光沿各方向 传播速率是不同的，只有一个特殊的惯性系----以太， 麦克斯韦方程组才严格成立。
迈克尔逊-莫雷实验 和它的零结果。
预期的“干涉条纹” 移动没有被观察到。 表明了“以太”不 存在。