【正文】 設慣性系 S?和 S系坐標軸相互平行，且 S?相對 S以速度 u沿 x軸正方向作勻速直線運動，當 t=t ?=0時兩坐標系的原點 o與 o? 重合。而且，時間和空間是彼此獨立的、互不相關的，并且獨立于物質(zhì)和運動之外。 12 tt ??7 (3)空間間隔 (距離 )是絕對的。 (2)時間間隔是絕對的。 在一個慣性系中所做的任何力學實驗，都不能判斷該慣性系相對于其它慣性系的運動。 ?力學規(guī)律在所有慣性系中都有相同的形式 。第十七章 第六章 狹義相對論 第 1篇 力 學 2 3 比較 廣義相對論時空觀 實驗檢驗 伽利略 變換 洛侖茲 變換 絕對時空觀 狹義相對論時空觀 相對論動力學基礎 力學相對性原理 狹義相對性原理 推廣 廣義相對性原理 推廣 ?結構框圖 4 經(jīng)典物理：伽利略時期 —— 19世紀末 經(jīng)過 300年發(fā)展，到達全盛的“黃金時代” 形成三大理論體系 1. 機械運動 : 以牛頓定律和萬有引力定律為基礎的經(jīng)典力學 2. 電磁運動 : 以麥克斯韋方程組為基礎的經(jīng)典電磁學 (光學 ) 3. 熱運動： 以熱力學三定律為基礎的熱力學宏觀理論 分子熱運動為基礎的統(tǒng)計物理學微觀理論 167。 61 相對論產(chǎn)生的歷史背景和物理基礎 兩朵烏云： 1. 邁克爾孫 — 莫雷實驗的“零結果” 2. 黑體輻射的“紫外災難” 一 .歷史背景 5 (伽利略相對性原理 ) 慣性系 —— 牛頓定律嚴格成立的參考系。 ?在研究力學規(guī)律時所有慣性系都是等價的。 —— 力學相對性原理 伽利略對勻速直線運動船艙內(nèi)現(xiàn)象生動描述 二 . 物理基礎 6 (1)同時性是絕對的。 12 tt ??? tt ?? ??或寫為 S： 兩事件同時發(fā)生， t2t1=0 S? ： t2? t1? = t2 t1=0 即在 S? 系兩事件也是同時發(fā)生的。 222 )()()( zyxd ??????? ???dzyx ???? 222 )()()( ???)( 12 xxx ?????? 這就是說，同時性、時間間隔和空間距離都是絕對的，與參考系的選擇無關。 這就是 經(jīng)典力學的時空觀 , 也稱絕對時空觀。 S系： P(x,y,z,t)， S?系： P(x ?,y ?,z ?,t ?) ?P x y S u ut x o z x?y?z?S?o?x?utxx ???yy ??zz ??tt ?? 一個參考系的描述 另一參考系的描述 變換 或操作 ttzzyytuxx??????????或 9 速度變換與加速度變換 : uxx ??? ??yy ?? ??zz ?? ???P x y S u ut x o z x?y?z?S?o?x?xx aa ??yy aa ??zz aa ??aa ?? ??utxx ???yy ??zz ??tt ??10 經(jīng)典力學認為，物體的質(zhì)量及相互作用力與運動無關。即 力學規(guī)律在伽利略變換下保持不變 , 符合力學相對性原理 。 (2)與高速運動 (光的傳播 )的實驗結果不符。 u?uc?uc?12 167。 即物理學定律與慣性系的選擇無關 ， 所有的慣性系都是等價的 . 在所有慣性系中 , 真空中的光速都具有相同的量值 c。 13 1) Einstein 的理論是 Newton理論的發(fā)展。 3) 時空觀的變革。 狹義相對論力學 : 光速不變原理將導致 同時性以及 長度、時間測量均具 相對性 。 在火車上， A、 B分別放置信號接收器，中點 O放置光信號發(fā)生器， t=t ?=0時 O發(fā)一光信號。 S?系： 站臺系： S系，火車系： S?系 S系： 光速 c不變， A迎著光 ,應比 B早接收到光 . 事件 事件 2 不同時發(fā)生 ,事件 1先發(fā)生。 l lA BOS?系 S系 c c u 同時性是相對的！ 15 167。相對慣性系 S以速度 u沿 x軸正方向作勻速直線運動，兩坐標原點 o與 o?在 t=t ?=0時重合 。 ),(:S),(:StzyxPtzyxP?????顯然： y?=y, z?=z 所以只需確立 (x, t)與 (x?, t ?)之間的變換關系。 考察 O點的坐標： 任一時刻 ?P x y S u ut x o z x?y?z?S?o?x? S 系 : x=0 S?系 : x? = ut? 即： x= x? +ut?=0 根據(jù)時空均勻性，對任一點 P有如下線性關系： )( tuxx ???? ?同理， 考察 O?點的坐標 ，則有 : x?= x ut=0 )( utxx ??? ?對 P點 : 17 (2)光速不變原理 對變換關系的要求 ?P x y S u ut x o z x?y?z?S?o?x?)( tuxx ???? ?)( utxx ??? ?txut ?? ? ????21將 y?=y, z?=z )( utxx ??? ?txut ?? ? ????2122222 tczyx ??? ……(1) 22222 tczyx ??????? ……(2) 代入 (2)并與 (1)比較 , 得 2211cu???18 最后得到 2222211cuxcuttcuutxx????????或 zzyy????這就是 洛侖茲坐標正變換。 S ′ S )( utxx ??? ?yy ??)( 2cuxtt ??? ?zz ??2211cu???討論 洛侖茲變換的意義 (2)洛侖茲變換是物理定律的試金石。 當 uc時 , 洛侖茲變換式就變成伽利略變換式： utxx ???yy ??zz ??tt ??20 例 1： 設 S系、 S?系在起始時刻坐標原點重合，且各坐標軸平行，S?系相對于 S系以速度 x軸的正向運動。經(jīng)過 1秒后，在 S系中觀察光波同時到達 P P2兩點。 yy’uS S’z’O’Op2p1x’xz解： p1在 S系的時空坐標為： (c， 0， 0， 1)， 221 cuutxx????2221cuxcutt????ccccc 322 ??????3)(1)(222?????ccccc由洛侖茲變換，它在 S?系中的坐標應為： 21 0??? yy 0??? zz所以 p2在 S?系中的時空坐標為 (c/3， 0， 0， 1/3) 于是， p1在 S?系中的時空坐標為 (3c， 0， 0，