【正文】 乙同時(shí)出生 不分哥弟 ★ 若 u = ， 可得 t2? – t1?0, 即甲后乙先 ， 甲 弟 乙 哥 時(shí)序倒了 ! 從飛船上看： ? ? ? ? 22 1 2 121 []t t t t x x u c???? ? ? ? ?☆ 因果關(guān)系的絕對性 兩事件間有因果關(guān)系，事件 1引起事件 2 事件 1： 子彈出膛 子彈 事件 2： 中靶 在實(shí)驗(yàn)室參考系 S中，先開槍，后中靶 在高速運(yùn)動(dòng)的參考系 S?中，可能先中靶，后開槍？ S中 :事件 1因 (先 ), 2果 (后 ), 即 t2 t1 0 ?s = x2 x1 t2 t1 信號(hào)速度 ?s ? c t2?t1?和 t2 t1同號(hào) ， S?中和 S中時(shí)序相同 。 Dt39。 tx ??,1 tx ?? ,211 ,tx 22 ,txS u S x?xO?O同時(shí)發(fā)生 還同時(shí)發(fā)生嗎？ 21 tt ? ？ )( 211 cuxtt ???? ?tx ??,1 tx ?? ,211 ,tx 22 ,txS u S x?xO?O同時(shí)發(fā)生 21 tt ?不同時(shí)發(fā)生 021212 ?????? ?????? cuxxtt ?在 S系： )(, 222 cuxtt ???? ?先發(fā)生 后發(fā)生 ☆ 用洛侖茲變換推導(dǎo)同時(shí)性的相對性 沿慣性系 S和 S? 相對運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生的兩個(gè)事件，若在 S? 中是同時(shí)發(fā)生的，則在 S中觀察就不是同時(shí)發(fā)生的了，而是在 S? 系 運(yùn)動(dòng)后方的事件先發(fā)生 。 而速度的變換是 不同慣性系 之間速度的關(guān)系 B的速率是 ，絕不可能大于 c 2( 0 .6 ) 0 .6 1 .20 .8 8 2 c0 .6 1 0 .3 61 1 ( 0 .6 )xxxu c c cu ccc???? ? ? ??? ? ? ? ??? ? ?xxx acucua 322322)1()1(v????? ?)()1()1(23222xyyxyxy aacuacucua vvv??????? ?)()1()1(23222xzzxzxz aacuacucua vvv??????牛頓第二定律對洛侖茲變換不能保持不變。 21xcuvcucc????uvv ??? ???S S39。=t=0)開始 ,x c t x c t???? 即 cxtcxt ???? ,設(shè)在 S系和 S39。=z 對于 y,z 的關(guān)系 ， 時(shí)空變換 （ 為一 線性變換 ） 的最簡單形式： S39。系的坐標(biāo)原點(diǎn) O39。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2222222222sticzyxticzyxs?D??D??D??D??D?D?D?D?D?DLorentz變換可以寫成矩陣形式 推導(dǎo) 對 S系的坐標(biāo)原點(diǎn) O， 在 S系中觀察 ： x=0 在 S39。 x39。只是一個(gè)輔助的數(shù)學(xué)量 。 為更多的人用越來越精密的測量不斷地重復(fù)。 ， 時(shí)間差變成 光程差 22/c t lv c? ??? D ? ?旋轉(zhuǎn)前后干涉條紋移動(dòng)條數(shù)： 在不同季節(jié)，不同地理?xiàng)l件下做實(shí)驗(yàn)，沒有觀察到條紋的移動(dòng)。 實(shí)驗(yàn)裝置： 邁克爾遜干涉儀 GM1與 GM2長度相等，均為 l， M1與 M2不嚴(yán)格垂直，在望遠(yuǎn)鏡的目鏡中將看到干涉條紋。 若 電磁場規(guī)律對一切慣性系成立，真空中電磁波的傳播速度與參照系無關(guān) → 伽利略變換應(yīng)舍棄。ssc?167。 絕對時(shí)空觀 ：彼此相對運(yùn)動(dòng)的慣性系中，測得同一桿的長度是相同的。x139。=t239。=t1， t239。 在任何慣性系中觀察，同一力學(xué)現(xiàn)象將按同樣的形式發(fā)生和演變。 平權(quán)就是各向同性，就是對稱性。 2 伽利略變換的困難 ， 邁克爾遜－莫雷實(shí)驗(yàn) 167。 1905年愛因斯坦 171。 1887年的邁克耳遜 —莫雷實(shí)驗(yàn)的 “零結(jié)果” 1900年瑞利和金斯用經(jīng)典的能量均分定理說明黑體輻射問題，出現(xiàn)了所謂的 “紫外災(zāi)難” 熱和光的動(dòng)力學(xué)理論上空的 “兩朵小烏云”。 Michelson－ Morley實(shí)驗(yàn) ?相對論 黑體輻射 ?量子論 ▲ 相對論 ◆ 狹義相對論 (Special Relativity)（ 1905） 研究 : 慣性系 中物理規(guī)律及其變換 揭示 : 時(shí)間 、 空間和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系 ◆ 廣義相對論 (General Relativity)（ 19151916） 研究 :非慣性系 中物理規(guī)律及其變 換 揭示 : 時(shí)間 、 空間與引力的關(guān)系 1892年 和 獨(dú)立提出運(yùn)動(dòng)長度收縮的概念 。 愛因斯坦 ?早期對 布朗運(yùn)動(dòng) 的研究 ?1905年創(chuàng)建 狹義相對論 ?1916年創(chuàng)建 廣義相對論 ?1906年用量子理論說明了 固體熱容 與溫度的關(guān)系 ?1912年用 光量子 概念建立了光化學(xué)定律 ?1916年提出 自激發(fā)射和受激發(fā)射 的概念，為激光出現(xiàn)奠定基礎(chǔ) ?1924年提出了 量子統(tǒng)計(jì)方法 玻色 愛因斯坦統(tǒng)計(jì)法。 7 相對論能量 167。 根據(jù)伽利略相對性原理，只能知道一個(gè)慣性系 相對于一個(gè)慣性系的速度，而不能根據(jù)任何 力學(xué)實(shí)驗(yàn) 決定某一個(gè)慣性系是否“絕對靜止”。 任何兩個(gè)事件之間的空間間隔，對于所有的觀察者來說都一樣； 時(shí)間是絕對的，空間是絕對的。=t1， t239。、 x139。+vt)=x239。yv?o 39。 ☆ 電磁學(xué)規(guī)律與伽利略變換之間的矛盾 光沿各個(gè)方向的傳播速度相同，與光源運(yùn)動(dòng)無關(guān) S系中： 麥克斯韋方程組成立。 要求以太： 人們假設(shè) :宇宙中充滿了叫 “ 以太 (ether)‖的物質(zhì) , 電磁波靠 “ 以太 ” 傳播。 ?2?， 2222clvN??? ＝＝D測出條紋的移動(dòng) DN，可計(jì)算出地球相對以太的絕對速度 v 實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 零結(jié)果 ?相對以太的絕對運(yùn)動(dòng)是不存在的，以太假設(shè)不能采用； ?地球上沿各個(gè)方向的光速都是相等的 ?！? 愛因斯坦認(rèn)為： 物質(zhì)世界的規(guī)律應(yīng)該是和諧統(tǒng)一的， 麥克斯韋方程組應(yīng)對所有慣性系成立 。 通過任何 物理現(xiàn)象 ，都不能覺察出參考系的 “ 絕對運(yùn)動(dòng) ” 即對運(yùn)動(dòng)的描述只有相對意義 這條原理是 力學(xué)相對性原理 的推廣 1) 愛因斯坦 的相對性原理是 牛頓 理論的發(fā)展 力學(xué)規(guī)律 一切物理規(guī)律 2) 相對性原理是自然界的 普遍規(guī)律 說明： 2. 任何慣性系中 ， 真空中 光的 速率 沿任一方向都為 c ——光速不變原理 光速不變原理與 伽利略變換 是彼此矛盾的。 洛侖茲變換及其逆變換 y O x P S u O39。 21 ???洛侖茲變換可寫成 ? ????????????????????????xcttzzyyctxx????? ????????????????????????xcttzzyytcxx????＋＋uu??????211uc?????????????????????????????22222/1/1cuxcuttzzyycuutxx?????????????????????????22222/1/1cuxcuttzzyycutuxx或?qū)懗? ?當(dāng) uc時(shí) ， ?→0 ， 洛侖茲變換 → 伽利略變換 逆變換 正變換 x x utyyzztt????????????? ??－伽利略變換 （ 絕對時(shí)空 ） cu ??洛侖茲 變換 （ 相對論時(shí)空 ） 伽利略變換是洛侖茲 變換的低速近似 ： ?可以證明： 洛侖茲變換下，麥克斯韋方程組不變，而牛頓力學(xué)定律要改變 麥克斯韋方程組能描述高速運(yùn)動(dòng)的電磁現(xiàn)象， 而 牛頓力學(xué)不適用高速現(xiàn)象，有一定適用范圍 。=0 x=k(x39。 x39。 z z39。系 中觀察者測得 沿 x39。系 選地面參考系為 S系 x??uS?Sxx ?cu ? c.x 900???xxxcuu????????21???? cc ?4. 不可將 速度的合成分解 與 速度的變換 相混淆 S x vA = c vB = c A B 與速度的高低毫無關(guān)系。 狹義相對論的新時(shí)空觀中，時(shí)間和長度的測量 和參考系（運(yùn)動(dòng)）有關(guān)， 時(shí)空的度量 不再是絕對的，而是 相對的 。 注意 ： 沿 垂直于相對運(yùn)動(dòng)方向 發(fā)生的兩件事的同時(shí)性并不具有相對性 。 例： 地球上 ： 甲地 x1 處 , 時(shí)刻 t1 , 出生一小孩 :小甲 乙地 x2 處 , 時(shí)刻 t2 , 出生一小孩 :小乙 兩小孩的出生完全是兩獨(dú)立事件 。系 同一地點(diǎn) B發(fā)生兩事件 在 S 系中觀測兩事件 ),(),( 2211 txtx)39。( 39。系相對于 S系以速度 v運(yùn)動(dòng) )39。 從 S39。 1） 時(shí)間的流逝 不是絕對的 ，運(yùn)動(dòng)將改變時(shí)間的進(jìn)程。 設(shè)想有一對孿生兄弟 ， 哥哥告別弟弟乘宇宙飛船去太空旅行 。 如果飛船返回地球則在往返過程中 有加速度 ，飛船就不是慣性系了 。 (1ns=109s) ?子在高空大氣頂層形成 ， 靜止平均壽命為 ?10－ 6s， 速率為 ， 只能走640m就消失了 ， 地面觀測不到 。???? txx v2222139。o39。 動(dòng)尺變短 是 相對論的效應(yīng) ，不是運(yùn)動(dòng)尺的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，不是由于物體運(yùn)動(dòng)引起物體之間的相互作用而產(chǎn)生收縮。 相對論問世后的幾十年間，物理學(xué)家都持有這種看法。 當(dāng) u ? c 時(shí)， ，動(dòng)長 0?ACo90??物體從正前方經(jīng)過時(shí)，只能看到后側(cè)面 視狀 這 相當(dāng)于 物體水平逆時(shí)針（俯視）轉(zhuǎn)過 了 ? 角： ? ? ?sinll l ?cos?lA C m2/239。39。yo 39。 ??? yx lll? r c t a n ??xyll?2239。 tvC 0voc o n st . F m a m??，牛頓力學(xué)中 ； ，不滿足相對性原理 修正原則： ； v c時(shí) ， 要能夠過渡到牛頓力學(xué) 。系中觀察者 碰前 A: 靜止 , m0。牛頓力學(xué)情形時(shí)， v ???? 0mmc相對論動(dòng)量 ? ? 20/1 cvvmp????vmp ?? ?0022 1mmmvc????(1) 質(zhì)量 m和質(zhì)點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)的速率 ? 有關(guān) ?是 在測量 m的參考系中的速度 , 不是參考系的相對速度 u 質(zhì)量和參考系的選擇有關(guān) ， 在不同慣性系中 m大小不同 (2) ??? m?, 速度越大 慣性就越大 , 越不易改變原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 ——質(zhì)能關(guān)系 愛因斯坦認(rèn)為： 對 質(zhì)能關(guān)系 預(yù)言 ：物質(zhì)的質(zhì)量就是能量的一種儲(chǔ)藏 2mcE ?質(zhì)量變化 —能量變化關(guān)系 ? ? 2cmE D?D能量守恒 ? ?常量?? ?? 2cmE ii質(zhì)量守恒 常量?? im20 cmE ?靜任何 宏觀靜止 的物體 都 具有 能量 靜能包