第六写义相对论 Special Theory of relativity
第六章 狭义相对论 Special Theory of Relativity
相对论的创始人 Albert· Einstein(阿尔伯特·爱因斯坦) 1905年,旧对论 Special Theory of Relativity) 1916年/相对论 IGeneral theory of Relativity)
相对论的创始人: Albert ·Einstein（阿尔伯特 ·爱因斯坦） 1905年，狭义相对论 （Special Theory of Relativity） 1916年，广义相对论 (General Theory of Relativity)
前几章中,我们讨论了经典电动力学的基本 理论和有关规律,但是讨论的范围限于“静止 介质中的电磁场。本章将着重讨论动体的电动力 学,即研究时空理论,阐述狭义相对论的实验基 础、基本原理、数学工具和相对论电动力学。 本章将着解决电动力学中的几个问题:第一 麦克斯韦方程组究竞对于哪一个参考系是正确的? 第二,从一个参考系变换到另一个参考系时,基 本规律的形式如何改变?第巨,基本物理量如何 变换?
前几章中，我们讨论了经典电动力学的基本 理论和有关规律，但是讨论的范围限于“静止” 介质中的电磁场。本章将着重讨论动体的电动力 学，即研究时空理论，阐述狭义相对论的实验基 础、基本原理、数学工具和相对论电动力学。 本章将着解决电动力学中的几个问题：第一, 麦克斯韦方程组究竟对于哪一个参考系是正确的？ 第二，从一个参考系变换到另一个参考系时，基 本规律的形式如何改变？第三，基本物理量如何 变换？
本章内容 狭义相对论的实验基础 狭义相对论的基本原理 ■闵可夫斯基间和洛仑兹变换 相对论的时空性质 ■相对论力学 电磁规律的相对性理论
本 章 内 容 狭义相对论的实验基础 狭义相对论的基本原理 闵可夫斯基空间和洛仑兹变换 相对论的时空性质 相对论力学 电磁规律的相对性理论
86.1狭义相对论的实验基础 Experiment Foundations of the Special Theory of relativity
§6.1 狭义相对论的实验基础 Experiment Foundations of the Special Theory of Relativity
经典力学的相对性原理 大家知道,自由粒子在其中作匀速运动的坐 标系称为惯性系。经典力学中的一个基本原理也 就是伽利略相对性原理,它表示:运动定律从一个 惯性系变换到另一个惯性系时,运动定律的形式 保持不变。也就是说,一切作机械运动的惯性系 是等价的。 在牛顿力学中,认为空间距离和时间间隔是 绝对的,与参考系无关。这种认为也称绝对时空观 为了精确地研究物质在空间和时间中的运动 过程,我们从物质运动中抽象出“事件”的概念 在无限小的空间元中无限短瞬间内发生的物质运
1、经典力学的相对性原理 大家知道，自由粒子在其中作匀速运动的坐 标系称为惯性系。经典力学中的一个基本原理也 就是伽利略相对性原理 , 它表示：运动定律从一个 惯性系变换到另一个惯性系时，运动定律的形式 保持不变。也就是说，一切作机械运动的惯性系 是等价的。 在牛顿力学中，认为空间距离和时间间隔是 绝对的,与参考系无关。这种认为也称绝对时空观。 为了精确地研究物质在空间和时间中的运动 过程，我们从物质运动中抽象出“事件”的概念。 在无限小的空间元中无限短瞬间内发生的物质运
动过程叫做一个事件。物质运动可看作是一连串 事件在时空中的发展过程,在一个参考系中,总 是用一定的时间t和空间(x-y2)来描述一个事件。 在牛顿绝对时空观中要求: a)时间是绝对的 两个事件在∑系中的时间间隔M和在Σ系(∑ 相对于∑的运动速度为D中的时间间隔△相同, △t=△t
动过程叫做一个事件。物质运动可看作是一连串 事件在时空中的发展过程，在一个参考系中，总 是用一定的时间t 和空间(x,y,z)来描述一个事件。 在牛顿绝对时空观中要求： a) 时间是绝对的 两个事件在 系中的时间间隔 和在∑系（ 相对于∑的运动速度为 ）中的时间间隔 相同， 即 t t t = t
如果两事件在∑系中是同时的(M=0,则Σ系 中也是同时的(△t′=0),同时性是绝对的。 这就是说,假设宇宙中各处存在着一个跟参 考系的选择无关的、不受物质运动过程影响的 统一的普适时间,时间与空间没有任何联系;不 论有无任何其他客体,绝对的、真实的时间本身, 永远无条件的、均匀地流逝着。 b)长度是绝对的 在给定时刻,两个质点∑系中的距离和它在∑ 系中的距离相同,即 △2+△y2+△z2=△x2+△y2+△z2
如果两事件在∑系中是同时的（ ），则 系 中也是同时的（ ），同时性是绝对的。 这就是说，假设宇宙中各处存在着一个跟参 考系的选择无关的、不受物质运动过程影响的、 统一的普适时间，时间与空间没有任何联系；不 论有无任何其他客体，绝对的、真实的时间本身， 永远无条件的、均匀地流逝着。 b) 长度是绝对的 在给定时刻，两个质点∑系中的距离和它在 系中的距离相同，即 t = 0 t = 0 2 2 2 2 2 2 x + y + z = x + y + z
这就是说,假设长度(或两个同时事件之间 的距离)与参考系选择无关;物质的广延性不受 其运动状态的影响。 2、伽利略变换 如果两个惯性系Σ和∑的坐标轴彼此平行, 在t=t=0时,两坐标系的原点重合,并且∑系 相对于∑系的ν沿x轴方向运动。 xyz,tx X.x
这就是说，假设长度（或两个同时事件之间 的距离）与参考系选择无关；物质的广延性不受 其运动状态的影响。 2、伽利略变换 如果两个惯性系 和∑的坐标轴彼此平行， 在 时，两坐标系的原点重合，并且 系 相对于∑系的 沿x轴方向运动。 t = t = 0 v P (x, y, z, t, x’, y’,z’,t’) x, x’ 0’ 0 z z’ y ∑ y’ ∑’ v r r
设在P点站着一人,按了一个闪光灯,在∑系中 观察者看来,按灯的这个现象发生于t时刻、(xy2z) 点;在∑系中观察者看来,按灯这个现象发生于t'时 刻、(xy2z”)点;这两组数(x,y:,t)与(xyz;t') 之间的关系是与时空观有关的。 根据经典时空观,得到 x=x-yt x=x+ut 或者 It=t
设在P点站着一人，按了一个闪光灯，在∑系中 观察者看来，按灯的这个现象发生于t 时刻、（x,y,z） 点；在 系中观察者看来，按灯这个现象发生于t’ 时 刻、（x’,y’,z’）点；这两组数（x,y,z,t）与（x’,y’,z’,t’） 之间的关系是与时空观有关的。 根据经典时空观，得到 = = = = + = = = = − t t z z y y x x vt t t z z y y x x vt 或者