第六章狭义相对论 Special Theroy of Relatiyity §0引言 一、问题的提出 本书前几章，我们讨论了经典电动力学的基本理论和有关规律，但一直没有讨论参考系 问题。宏观电磁场的普遍规律是麦克斯韦方程组，那木这组方程在那些参考系成立呢？在从 一个参考系到另一个参考系，基本规律的形式何改变？基本物理量何改变？因此，在电 动力学中参考系问题是一个很基本的物理问题。这个问题的解决是和新时空观的建立联系在 一起的。在研究高速运动问题时，特别是电磁场的传播现象时，揭示了旧时空观的局限性， 建立了新的时空观-相对论。 相对论是关于时空的理论，是现代物理学的两大支柱之一。局限于惯性参考系的理论成 为狭义相对论，推广到一般惯性系和包括引力场在内的理论成为广义相对论。爱因斯坦在 1905年发表的《论动体的电动力学》，标志着狭义相对论的建立：1916年发表的《广义相对 论基础》则宣告了广义相对论的诞生。狭义相对论的产尘与研究运动参考系中的电磁运动规 律密切相关，同时它的建立又大大地促进了人们对电磁现象的认识，故在电动力学课程中， 我们只限于学习狭义相对论。 二、本章主要内容 狭义相对论是以两个基本原理为理论基础和出发点，以同时性的相对性为突破口，以洛 伦兹变换为核心的限于惯性系的时空理论。主要内容包括四个方面： 1.洛伦兹变换一一相对论时空理论。惯性参考系之间时空坐标的洛伦兹变换及其物理意 义，相对论的运动学效应。 2.物理规律的协变性一一物理规律在任意惯性系中可表为相同的形式。协变性要求是对 各种场和粒子间相互作用规律的探索的主要理论指导之一。 3,电动力学的协变性一一把电动力学的基本规律表为协变形式。使电动力学成为明显相 对论的理论，用来解决任意速度带电粒子与电磁场的相互作用问题。 4.力学规律的协变性一一把力学规律推广为协变性的相对论力学，山此得到相对论的质 量、能量和动量的关系。这些关系是原子能应用的主要理论基础，是解决高能粒子运动和转 化过程的运动学问题的主要工具。 三、本章研究思路 从实验事实出发，引入相对论的两个基本原理一一相对性原理和光速不变原理，山此 导出时空坐标的洛伦兹变换式，并着重讨论相对论的时空概念。然后把电动力学基本原理表 为适用于一切惯性参考系的形式，并导出势和电磁场的变换关系，最后把力学规律推广为相 对论协变形式，并讨论相对论的质量、能量和动量关系。 四、本章基本要求 1.重点掌握相对论基本原理和时空理论：掌握电磁运动规律的协变形式：