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第六篇近代物理基础 第五章狭义相对论基础 第六章量子物理基础 第七章原子的量子理论
第六篇 近代物理基础 第五章.狭义相对论基础 第六章 量子物理基础 第七章 原子的量子理论
第五章狭义相对论基础考虑两个惯性参考系S(Oxyz) §L伽利略变换 和S(O,它们的对应坐 牛顿的绝对时空观标轴相豆平行,且系相对S 一力学的相对性原理动开始时,两惯性系重合 牛顿运动定律适用一切伽利略位置坐标变换0时, 惯性参考系. 力学现象对一切惯性系来 ySy 两者重合 说都遵从同样的规律或者 说,在研究力学规律时,一切 惯性系都是等价的—力 学相对性原理. 二伽利略变换式 力学相对性原理的数学表述
第五章.狭义相对论基础 一.力学的相对性原理 牛顿运动定律适用一切 惯性参考系. 力学现象对一切惯性系来 说,都遵从同样的规律;或者 说,在研究力学规律时,一切 惯性系都是等价的.——力 学相对性原理. 二.伽利略变换式 力学相对性原理的数学表述. 考虑两个惯性参考系S(Oxyz) 和S(Oxyz), 它们的对应坐 标轴相互平行, 且S系相对S 系以速度v沿Ox轴的正方向运 动.开始时,两惯性系重合. §1.伽利略变换 牛顿的绝对时空观 伽利略位置坐标变换 t=0时， 两者重合. vt x x z S O y y x z S O y y z z v • P x
考虑两个惯性参考系S(Oxyz) s相对S系以轴运动和S(Ox,它们的对应坐 点P在两坐标系中的关系为:标轴相互平行,且S系相对 x'=x-nt S系以速度沿Ox轴的正方向 运动开始时,两惯性系重合 y =y 伽利略位置坐标变换10时, Z=Z 两者重合 若认为同一事件在两系中经 S ySy 历的时间相同即A=Mt有 r=x-vt x=x+ ut y =y 或 t=t
S相对S系以v沿x轴运动 点P在两坐标系中的关系为: = = = − z z y y x x vt 考虑两个惯性参考系S(Oxyz) 和S(Oxyz), 它们的对应坐 标轴相互平行, 且S系相对 S系以速度沿Ox轴的正方向 运动.开始时,两惯性系重合. 伽利略位置坐标变换 t=0时， 两者重合. vt x x z S O y y x z S O y y z z v • P x 若认为同一事件在两系中经 历的时间相同,即Δt=Δt.有: = = = = − t t z z y y x x vt 或 = = = = + t t z z y y x x vt
S相对S系以轴运动 伽利略坐标变换 点P在两坐标系中的关系为:伽利略速度变换 x'=x-nt 对伽利略坐标变换对 时间求一阶导数 y =y L.-1 Z=Z 若认为同一事件在两系中经 历的时间相同即A=Mt有 r=x-wt r=r+vt 伽利略速度变换 y =y 或 其矢量形式为:ⅱ+节 t=t
或 S相对S系以v沿x轴运动 点P在两坐标系中的关系为: = = = − z z y y x x vt 若认为同一事件在两系中经 历的时间相同,即Δt=Δt.有: = = = = − t t z z y y x x vt = = = = + t t z z y y x x vt 伽利略坐标变换 伽利略速度变换 对伽利略坐标变换对 时间求一阶导数 = = = − z z y y x x u u u u u u v ——伽利略速度变换. 其矢量形式为: u= u + v
上式再对时间求导: =a1其矢量形式为:伽利略坐标变换 伽利略速度变换 d′=d 对伽利略坐标变换对 时间求一阶导数 物体的加速度对伽利略 变换是不变的 L.-1 即牛顿定律对S系和S 系有相同的形式 F=m a F 即牛顿定律在伽利略变换 伽利略速度变换 下是不变的或者说力学 规律对伽利略变换是不变其矢量形式为:+ 的力学的相对性原理
伽利略坐标变换 伽利略速度变换 对伽利略坐标变换对 时间求一阶导数 = = = − z z y y x x u u u u u u v ——伽利略速度变换. 其矢量形式为: u= u + v 上式再对时间求导: = = = z z y y x x a a a a a a 其矢量形式为: a = a 物体的加速度对伽利略 变换是不变的. 即牛顿定律对S系和S 系有相同的形式. F= m a F= m a 即牛顿定律在伽利略变换 下是不变的.或者说力学 规律对伽利略变换是不变 的.力学的相对性原理
上式再对时间求导: 经典力学时空观 n=a其矢量形式为:伽利略变换的假设(基本前提) d′=d ①存在不受运动状态影响 的时钟绝对时间 物体的加速度对伽利略 即有:t=t 从而有: 变换是不变的 △r=△t 即牛顿定律对s系和s任何事件所经历的时间在 系有相同的形式 不同参考系下都是不变的 F=m a F ②空间任意两点间的距离 与参考系的选择无关 即牛顿定律在伽利略变换绝对空间 下是不变的或者说力学即有:M=(x2+(4y)2+(△ 规律对伽利略变换是不变 的力学的相对性原理 A=√(Ax)2+(4y)2+(Ac
上式再对时间求导: = = = z z y y x x a a a a a a 其矢量形式为: a = a 物体的加速度对伽利略 变换是不变的. 即牛顿定律对S系和S 系有相同的形式. F= m a F= m a 即牛顿定律在伽利略变换 下是不变的.或者说力学 规律对伽利略变换是不变 的.力学的相对性原理. 三.经典力学时空观 伽利略变换的假设(基本前提) ①存在不受运动状态影响 的时钟——绝对时间 即有: 2 2 2 r' = (x') + (y') + (z') ②空间任意两点间的距离 与参考系的选择无关.—— 绝对空间. t = t 任何事件所经历的时间在 不同参考系下都是不变的. 从而有: t = t 即有: 2 2 2 = r = (x) + (y) + (z)
在牛顿力学中,时间长度质 经典力学时空观 量都是伽利略变换不变量.伽利略变换的假设(基本前提) 力学相对性原理并不是以 ①存在不受运动状态影响 绝对时空观为前提的 的时钟绝对时间 §2迈克耳孙莫雷实验關有:t′=t从而有: △r=△t 一问题的提出 任何事件所经历的时间在 是否有一个与绝对空间相对不同参考系下都是不变的 静止的参考系? ②空间任意两点间的距离 与参考系的选择无关 如果有如何判断它的存在?绝对空间 显然力学原理不能找出这即有:△=√(Ax)2+(y)2+(c 个特殊的惯性系,那么电磁 学现象呢? A=√(Ax)2+(4y)2+(Ac
2 2 2 r' = (x') + (y') + (z') 三.经典力学时空观 伽利略变换的假设(基本前提) ①存在不受运动状态影响 的时钟——绝对时间 即有: ②空间任意两点间的距离 与参考系的选择无关.—— 绝对空间. t = t 任何事件所经历的时间在 不同参考系下都是不变的. 从而有: t = t 即有: 2 2 2 = r = (x) + (y) + (z) 在牛顿力学中,时间,长度,质 量都是伽利略变换不变量. 力学相对性原理并不是以 绝对时空观为前提的. §2 迈克耳孙—莫雷实验 一.问题的提出 •是否有一个与绝对空间相对 静止的参考系？ •如果有,如何判断它的存在? •显然力学原理不能找出这 个特殊的惯性系,那么电磁 学现象呢?
在牛顿力学中时间长度质电磁波传播的媒质是什么? 量都是伽利略变换不变量 人们假定: 力学相对性原理并不是以 绝对时空观为前提的 电磁波(光)传播的媒质是 以太,以太静止在绝对空间 §2迈克耳孙莫雷实验 一问题的提出 光相对以太的传播速度为c 若有其它惯性系相对绝对空 是否有一个与绝对空间相对间运动则相对此惯性系的 静止的参考系? 速度将不是c 如果有如何判断它的存在? 显然力学原理不能找出这 寻找以太成为判断绝对 个特殊的惯性系,那么电磁 参考系存在的关健 学现象呢?
在牛顿力学中,时间,长度,质 量都是伽利略变换不变量. 力学相对性原理并不是以 绝对时空观为前提的. §2 迈克耳孙—莫雷实验 一.问题的提出 •是否有一个与绝对空间相对 静止的参考系？ •如果有,如何判断它的存在? •显然力学原理不能找出这 个特殊的惯性系,那么电磁 学现象呢? •电磁波传播的媒质是什么? 人们假定: 电磁波(光)传播的媒质是 以太,以太静止在绝对空间. 光相对以太的传播速度为c, 若有其它惯性系相对绝对空 间运动,则相对此惯性系的 速度将不是c. 寻找以太成为判断绝对 参考系存在的关健
迈克耳孙-莫雷实验 把迈克耳孙干涉仪固连在地·电磁波传播的媒质是什么? 球上 人们假定: 设想以太相对太阳是静止的,电磁波(光传播的媒质是 则地球固连的干涉仪以v的 以太,以太静止在绝对空间 速率相对以太运动设计实验 理论计算条纹移动数为:光相对以太的传播速度为c s 2Lv 若有其它惯性系相对绝对空 △N 2 a c 闫运动,则相对此惯性系的 实际实验为零结果:无条纹速度将不是c 移动 寻找以太成为判断绝对 一以太不存在即否定了电磁参考系存在的关健 理论适用的绝对以太参照系
•电磁波传播的媒质是什么? 人们假定: 电磁波(光)传播的媒质是 以太,以太静止在绝对空间. 光相对以太的传播速度为c, 若有其它惯性系相对绝对空 间运动,则相对此惯性系的 速度将不是c. 寻找以太成为判断绝对 参考系存在的关健. 二.迈克耳孙-----莫雷实验 把迈克耳孙干涉仪固连在地 球上. 设想以太相对太阳是静止的, 则地球固连的干涉仪以v的 速率相对以太运动.设计实验 理论计算条纹移动数为: 2 2 2 c Lv N = = →以太不存在.即否定了电磁 理论适用的绝对以太参照系! 实际实验为零结果:无条纹 移动