狭义相对论基础

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1、第六章狭义相对论基础§1力学相对性原理和伽利略变换§2狭义相对论的基本假设§3同时的相对性和时间延缓§4长度收缩§5洛伦兹变换§6相对论速度变换§7相对论质量§9相对论动能§10相对论能量§11动量和能量的关系狭义相对论局限于惯性参照系的理论广义相对论推广到一般参照系和包括引力场在内的理论（加速参照系与引力场等效）Einstein1879年生于德国1900年毕业于苏黎世工业大学物理专业进入伯尔尼专利局任调查员1905年在《物理年鉴》上发表五篇论文2.布朗运动的理论3.光电效应4.提出狭义相对论5.提出

2、质量与能量的关系1.分子大小的新测定1913年返回德国，任柏林大学教授、普鲁士科学院院士1916年发表“广义相对论”及验证方法1933年移居美国，一直任普林斯顿高等研究所教授1939年提醒罗斯福对德国的核研究“警惕，必要时迅速行动”1955年4月18日睡梦中逝于普林斯顿医院。§1力学相对性原理和伽利略变换一.伽利略变换设惯性系S和相对S运动的惯性系正变换逆变换速度变换与加速度变换正逆是恒量在两个惯性系中二.牛顿的相对性原理（力学相对性原理）牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变力学现象对一切惯性系来说

3、都具有相同的形式——力学相对性原理在牛顿力学中力与参考系无关质量与运动无关宏观低速物体的力学规律，在任何惯性系中形式相同或牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变或牛顿力学规律是伽利略不变式如：动量守恒定律在不同的惯性系中，空间两点之间的距离三、经典力学时空观:绝对时间:绝对空间:绝对质量:时间、长度、质量这三个基本量在经典力学中认为都与参照系的相对运动无关低速问题下，绝对时空观。绝对时空观t=t’△t=△t’L=L’m=m’§2狭义相对论的基本假设麦克斯韦方程组不服从伽利略变换爱因斯坦的狭义相对论基本假设：1.一

4、切物理规律在任何惯性系中形式相同——相对性原理2.在任何惯性系中，光在真空中的速率都相同——光速不变原理Einstein的相对性理论是Newton理论的发展一切物理规律力学规律包含§3同时性的相对性和时间延缓一.同时性的相对性--光速不变原理的直接结果以爱因斯坦火车为例在S′系中观察：信号同时到达两接收器在S系中观察：A′先收到信号在一个参照系中看来是同时发生的两件事，在另一个参照系中看却不是同时发生的。同时的相对性！运动的钟走得慢二.时间延缓在不同惯性系中考察同一事件在S′中发出光信号发出到接

5、收时间间隔为：在S系中看同一事件解出运动时钟变得缓慢了时钟延缓、钟缓、钟慢在一个参照系中，同一地点先后发生的两个事件的时间间隔称为固有时固有时对所有惯性系来说固有时最短！回到经典力学结论§4.长度收缩对运动长度的测量在S中测量火车的长度S’系，火车静止，x点经过车头、车尾的时间间隔or车头车尾通过x的时间Δt因为在S、S′中的测量是针对同一个事件x1运动长度变短——长度收缩、尺缩S系中看S’系(运动)中的火车短了！l0：火车静止时的长度，原长。§４洛仑兹变换重合时两钟对好令正变换逆变换正变换与时

6、空坐标伽利略变换<<讨论一.时间膨胀（运动时钟变慢）在某参照系中,同一地点先后发生的两个事件的时间间隔,与另一参照系中,这两个事件的时间间隔的关系。在S系中原时最短！运动时钟变慢效应是时间本身的客观特征狭义相对论的时空观1）两个事件在不同的惯性系看来，它们的空间关系是相对的，时间关系也是相对的，只有将空间和时间联系在一起才有意义.2）时-空不互相独立，而是不可分割的整体.3）光速C是建立不同惯性系间时空变换的纽带.3）时，.1）时间延缓是一种相对效应.2）时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的进程.（

7、例如新陈代谢、放射性的衰变、寿命等.）讨论运动时钟变慢效应，是时间本身的客观特征，与相对于观察者的运动方向无关双生子效应讨论飞机模拟双生子实验1971年，将铯原子钟放在飞机上，沿赤道向东和向西绕地球一周，分别比地面上的钟慢59ns和快273ns。因为地球以一定的角速度从西往东转，地面不是惯性系，而从地心指向太阳的参照系是惯性系。飞机的速度总小于太阳的速度，无论向东还是向西，它相对于惯性系都是向东转的，只是前者转速大，后者小，而地面上的钟介于二者之间。相对于惯性系转速愈大的钟走得愈慢，这与双生子效应所预期

8、的一致。与广义相对论的计算也相符。例6.2：带正电的介子是一种不稳定的粒子。当它静止时，平均寿命为，过后即衰变为其它粒子。今产生一束π介子，在实验室测得它的速率为u＝0.99c，并测得它在衰变前通过的平均距离为52m。这些测量结果是否一致？静止寿命即为原时（固有时）实验室测得寿命为运动时间：实验室测得运动距离为：二.长度收缩（尺缩）对运动物体的长度，必要的条件是同时测！原长最长！固有长度：物体相