第十五章狭义相对论 19世纪末页,牛顿定律在各个领城里都取得了很大的 成功:在机械运动方面建立了牛顿运动定律;在分子物 理方面,成功地解释了温度、压强、气体的内能;在电 磁学方面,建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell 方程。另外还找到了力、电、光、声-等都遵循的规律 能量转化与守恒定律。 在已经基本建成的科学大厦中,后辈 的物理学家只要做一些零碎的修补工作就 行了 开尔文 开尔文 第十五章—狭义相对论
第十五章 —— 狭义相对论 1 第十五章 狭义相对论 19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的 成功：在机械运动方面建立了牛顿运动定律；在分子物 理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能；在电 磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell 方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律- --能量转化与守恒定律。 “在已经基本建成的科学大厦中，后辈 的物理学家只要做一些零碎的修补工作就 行了。” —— 开尔文
第十五章狭义相对论 “但是,在物理学晴朗天空的远处,还有两朵令人不安 的乌云。 辐较实验,多(,莫者实验 第十五章—狭义相对论
第十五章 —— 狭义相对论 2 第十五章 狭义相对论 “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安 的乌云。” 热辐射实验 迈克尔逊- 莫雷实验
第十五章狭义相对论 普朗克量子力学的诞生相对论问世 高速领城 相对论 经典力学 微观领域 量子力学 第十五章—狭义相对论
第十五章 —— 狭义相对论 3 经典力学 量子力学 相对论 微观领域 高速领域 普朗克量子力学的诞生 相对论问世 第十五章 狭义相对论
第十五章狭义相对论 爱因斯坦( Albert einstein, 1879-1955),20世纪最伟大的物 理学家,现代物理学的开创者和奠 基人。1905年,年仅26岁的爱因 斯坦完成论文《论动体的电动力 学》,独立完整地提出狭义相对论 原理,后来又发展了广义相对论, 在科学史上创造了史无前例的奇迹 1921年,爱因斯坦获得诺贝 尔物理学奖 第十五章—狭义相对论
第十五章 —— 狭义相对论 4 第十五章 狭义相对论 爱因斯坦（Albert Einstein， 1879-1955）， 20世纪最伟大的物 理学家，现代物理学的开创者和奠 基人。 1905年，年仅26岁的爱因 斯坦完成论文《论动体的电动力 学》，独立完整地提出狭义相对论 原理，后来又发展了广义相对论， 在科学史上创造了史无前例的奇迹。 1921年，爱因斯坦获得诺贝 尔物理学奖
第十五章狭义相对论 §15.1经典力学的相对性原理 伽利略变换 5152爱因斯坦的两条原理 洛仑兹变换 5153狭义相对论的时空观 5154狭义相对论的动力学 第十五章—狭义相对论
第十五章 —— 狭义相对论 5 §15.1 经典力学的相对性原理 伽利略变换 §15.2 爱因斯坦的两条原理 洛仑兹变换 §15.3 狭义相对论的时空观 §15.4 狭义相对论的动力学 第十五章 狭义相对论
5151经典力学的相对性原理伽利略变换 牛顿定律的局限性: 宏观物体低速运动>惯性系 A君 局限性来源于对时空的认识 。。B君 匀速行驶船上落下的小球 第十五章—狭义相对论
第十五章 —— 狭义相对论 6 §15.1 经典力学的相对性原理 伽利略变换 一. 牛顿定律的局限性： ➢ 宏观物体 低速运动 ➢ 惯性系 匀速行驶船上落下的小球 局限性来源于对时空的认识。 B君 A君
5151经典力学的相对性原理伽利略变换 什么是惯性系? 92 牛顿运动定律成立的参照系是惯性系。 相对惯性系作匀速运动的参照系是惯性系。 不同惯性系是等价的吗? 在不同惯性系中,物理定律的形式是否相同? 在不同惯性系中测量同一物体的长度4和同一物理过 程所经历的时间4是否相同? 物理学对上述问题的回答,经历了从牛顿力学到相对 论,乃至广义相对论的发展! 第十五章—狭义相对论
第十五章 —— 狭义相对论 7 §15.1 经典力学的相对性原理 伽利略变换 什么是惯性系？ 牛顿运动定律成立的参照系是惯性系。 相对惯性系作匀速运动的参照系是惯性系。 不同惯性系是等价的吗？ 在不同惯性系中，物理定律的形式是否相同？ 在不同惯性系中测量同一物体的长度△l 和同一物理过 程所经历的时间△t 是否相同？ 物理学对上述问题的回答，经历了从牛顿力学到相对 论，乃至广义相对论的发展！
5151经典力学的相对性原理伽利略变换 二、经典力学的基本理论 1经典力学的时空观—绝对时空观 绝对时间 绝对空」绝对的、数学的、与物质的存在和运动无关 0 D 第十五章—狭义相对论
第十五章 —— 狭义相对论 8 二、经典力学的基本理论 1. 经典力学的时空观 ——绝对时空观 §15.1 经典力学的相对性原理 伽利略变换 绝对时间 绝对空间 绝对的、数学的、与物质的存在和运动无关 y x o y’ x’ o’ 1 x 2 x 1 x 2 x 1 x' 2 x' x y y’ x’
5151经典力学的相对性原理伽利略变换 2.经典力学的相对性原理 在所有惯性系中,物体运动所遵循的力学规律是相 同的,具有相同的数学表达形式。或者说,对于描述力 学现象的规律而言,所有惯性系是等价的。 运动规律不同,但力 学规律相同。 经典力学的相对性 原理在低速宏观领域 是成立的。 第十五章—狭义相对论
第十五章 —— 狭义相对论 9 §15.1 经典力学的相对性原理 伽利略变换 2. 经典力学的相对性原理 在所有惯性系中，物体运动所遵循的力学规律是相 同的，具有相同的数学表达形式。或者说，对于描述力 学现象的规律而言，所有惯性系是等价的。 ➢ 运动规律不同，但力 学规律相同。 ➢ 经典力学的相对性 原理在低速宏观领域 是成立的
5151经典力学的相对性原理伽利略变换 3.伽利略时空坐标变换 在两个惯性系中分析描述同一物理事件 t=t'=0时,S,S'系重合。t时刻,物体到达P点 i (xyn)严( P(x,y, z; t (xy=)(xy,= (x,y,z';t) (x,y, 2, t) a'(x'y, =,t,) x(x") 伽利 略变正变换x′=x-uty=yz′=zt=t 换式逆变换x=x+uy=yz=zt=t 第十五章—狭义相对论 10
第十五章 —— 狭义相对论 10 §15.1 经典力学的相对性原理 伽利略变换 3. 伽利略时空坐标变换 S S r(x,y,z,t) r (x ,y ,z ,t) v(x,y,z,t) v(x ,y ,z ,t) a(x,y,z,t) a'(x ,y ,z ,t) 正变换 x = x −ut y = y 逆变换 伽利 略变 换式 x = x' + ut z' = z t' = t y = y z = z' t = t' 在两个惯性系中分析描述同一物理事件 t ＝ t' ＝0 时，S , S' 系重合。t 时刻，物体到达 P 点 P(x, y, z; t ) (x', y',z'; t') r r u y O z S O' x(x' ) z' y' S