第二节第二节狭义相对论基本狭义相对论基本 原理原理 洛仑兹变换洛仑兹变换1一、牛顿力学的困难一、牛顿力学的困难2) 电磁场方程组不服从伽利略变换3)迈克耳逊 莫雷实验的结果1) 牛顿运动定律只适用于低速运动的物体。对于高 速运动的粒子，牛顿力学不再适用。与参照系无关光速与参照系无关的结论与牛顿时空观是完全排斥的2.迈克耳逊莫雷实验机械波的传播需要媒质，当时物理学家们认为 光波的传播也需要一种媒质-以太。2地球相对以太以 v 运动， 以太风从右边吹来。1.在实验室S系观察光从G1M1光速 c v 顶风， 光从M1G1光速 c +v 顺风，来回时间：迈克尔逊为证明以太的存在，设计了测量地球 在以太中运动速度的实验。32.在实验室S系观察光从G1M2光速 光从M2G1光速来回时间4两束光到望远镜的时间差展开 光的光程差3.将仪器旋转90两路光的光程差变化为：5干涉条纹移动数目为：可推算出以太风的速度。根据理论，干涉仪可观察到 0.4个条纹的移动，但实验没有发现条纹的移动。 4.结论：.以太不存在，光的传播不需任何媒质，可在真空中 传播，以太不能作绝对参照系。.地球上各方向光速相同，与地球运动状态无关。61.狭义相对性原理：一切物理规律在任何惯性系中 都具有相同的形式。即：物理定律与惯性系的选择无 关，对物理定律来说，所有惯性系都是等价的。2.光速不变原理：在所有惯性系中，光在真空中的 速率相同，与惯性系之间的相对运动无关，也与光源 、观察者的运动无关。二、狭义相对论的两个基本原理二、狭义相对论的两个基本原理1.内容2.明确几点1) 爱因斯坦的理论是牛顿理论的发展一切物理规律力学规律 72.光速不变否定了绝对时空概念。不存在绝对运动或 绝对静止。 光速不变也与伽利略的速度相加原理是不相容的。3) 爱因斯坦理论带来了观念上的变革我们不应当以适用于低速情况的伽利略变换为 根据去讨论光速应该如何如何，而应当反过来，用 光速不变这个实验提供的事实作为前提和基础，去 讨论正确的时空变换。牛顿力学：时间、长度、质量的测量均与参照系无关 狭义相对论力学：时间、长度、质量测量的相对性，与参照系有关8t=t，=0时，由原点发出一个 光信号。寻找对同一客观事件，两 个参照系中相应的坐 标值之间的关系。O Oux x三、洛仑兹变换三、洛仑兹变换S为静系，S以u沿ox轴 向右运动。我们可以把光到达P点看作一个事件。而事件是在一 定的空间和时间中发生的，可以用时空坐标来表示。经一段时间，光传到 P点。9由光速不变原理 ：1.洛仑兹坐标变换 站在S和S/的人都 认为自己是静止 不动的，而且光 速也不变的。由发展的观点： 狭义牛顿力学u c 变换无意义, 存在极限速度c .5) 洛仑兹变换与伽利略变换相比，洛仑兹变换中的时 间坐标和空间坐标相互联系在一起 ，不再是独立的了 。时间与空间的测量都与参照系有关，这种新的时空 观叫做狭义相对论的时空观。13定义由洛仑兹坐标变换上面两式之比2.洛仑兹速度变换14由洛仑兹变换知由上两式得同样得15洛仑兹速度变换式正变换 逆变换16例1 设S系以速率u=0.6c相对于S系沿xx轴运动,且在 t=t=0时，x=x=0。(1)若在S系中有一事件发生于 t1=2.0107s,x1=50m处,该事件在S系中发生于何时刻？ (2)如有另一事件发生于S系中,t2=3.0107s ，x2=10m处 ，在S系中测得这两个事件的时间间隔为多少？解：（1）u=0.6c , =5/4由洛仑兹坐标变换可得，第一个事件发生的时刻为：（2）第二事件发生的时刻为： 在S系中测得这两个事件的时间间隔为：17例2、设想一飞船以0.80c的速度在地球上空 飞行， 如果这时从飞船上沿速度方向抛出一 物体，物体 相对飞船速度为0.90c 。问：从 地面上看，物体速度多大？解：选飞船参照系为S系 。地面参照系为S系。SS uX(X)由洛仑兹速度变换关系可得：18对于不同的两个事件 ：3.两个事件的时空关系下面我们来考察空间中的两个不同事件。事件1事件2两事件时间间隔两事件空间间隔根据洛仑兹变换，有：19同理：同理：由有：20