伽俐略变换式牛顿的绝对时空观迈克尔逊莫雷实验

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1、18-1伽俐略变换式牛顿的绝对时空观18-2迈克尔逊－莫雷实验18-3狭义相对论的基本原理大学物理学电子教案武警学院教学课件狭义相对论的基本概念引言经典物理学的辉煌成就经典力学热力学与统计力学光学电动力学物理学经典物理现代物理力学热学电磁学光学相对论量子论非线性从经典物理学到近代物理过渡时期的重要实验事实迈克尔逊——莫雷实验：否定了绝对参考系的存在；经典物理学解释热辐射现象时：出现“紫外灾难”；放射性现象的发现：原子是可分的。光电效应原子的线状光谱狭义相对论的基本原理狭义相对论的一些结论广义相对论简介第十八章相对论狭义相对论(SpecialRelativity)研究:惯性系中物理规律及其变换

2、揭示:时间、空间和运动的关系广义相对论(GeneralRelativity)研究:非惯性系中物理规律及其变换揭示:时间、空间和物质分布的关系爱因斯坦(AlbertEinstein,1879—1955)20世纪最伟大的物理学改革家，相对论的创始人，主要科学业绩：早期对布朗运动的研究狭义相对论的创建推动量子力学的发展建立了广义相对论1905年创建的狭义相对论1916年创建的广义相对论1921年获诺贝尔物理学奖金1906年用量子理论说明了固体热容与温度的关系1912年用光量子概念建立了光化学定律1916年提出自激发射和受激发射的概念，为激光的出现奠定了理论基础1924年提出了量子统计方法--玻色-

3、爱因斯坦统计法。爱因斯坦用广义相对论研究整个宇宙的时空结构爱因斯坦:Einstein现代时空的创始人，二十世纪的哥白尼1895年(16岁)：追光假想实验(如果我以速度c追随一条光线运动，那么我就应当看到，这样一条光线就好象在空间里振荡着而停滞不前的电磁场。可是无论是依据经验，还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这样的事情。从一开始，在我直觉地看来就很清楚，从这样一个观察者来判断，一切都应当象一个相对于地球是静止的观察者所看到的那样按照同样一些定律进行。)1999年：英国<<物理世界>>杂志推出的千年刊评选有史以来最杰出的十位物理学家：1.爱因斯坦(美籍德国人，1921*)，2.牛顿(英国)，3.

4、麦克斯韦(英国),4.玻尔(丹麦，1922)，5.海森伯(德国，1932)，6.伽利略(意大利)，7.费因曼(美国，1965),8.狄拉克(英国，1933)，9.薛定谔(奥地利，1933),10.卢瑟福(新西兰)一、伽利略变换yOxPSvO’y’S’x’坐标变换速度变换加速度变换伽利略时空变换式18－1伽俐略变换式牛顿的绝对时空观二、经典力学的相对性原理结论：牛顿运动定律对任何惯性系都是成立的。推广：对于所有的惯性系，牛顿力学的规律都应有相同的形式——力学相对性原理。所有的惯性系都是相同的，各个惯性系都是等价的，不存在特殊的绝对的惯性系。三、经典力学的绝对时空观1、时间：同时性的绝对性：在一惯

5、性系中同时发生的两件事，在其它惯性系中也是同时发生的。在S系中，t1=t2，则由t1'=t1，t2'=t2得在S'系中t1'=t2'时间间隔测量的绝对性：在S系中，Dt=t2-t1，则由t1'=t1，t2'=t2得在S'系中Dt'=t2'-t1'=t2-t1=Dt2、长度：关于长度的定义及长度测量的说明：杆的长度由其两端的坐标差确定l=x2-x1静止：端点坐标值不随时间变化，坐标测量可在不同时刻进行运动：端点坐标值随时间变化，坐标测量必须在同时刻进行若不是同时测量，则坐标差就不是杆的长度空间的绝对性S'中，杆静止，测得x2'、x1'，则l'=x2'-x1'S系运动，在S系中同时测量，当时刻为t

6、时，x1'=x1-vt，x2'=x2-vtS系中测得l=x2-x1=(x2'+vt)-(x1'+vt)=x2'-x1'=l'在彼此相对运动的惯性系中，测得同一杆的长度是相同的18－2迈克尔逊－莫雷实验一、历史背景1、以太风实验的零结果麦克斯韦电磁理论与经典力学有若干不一致的地方。19世纪末电磁学有了很大发展1865年麦克斯韦(Maxwell)总结出电磁场方程组;预言了电磁波的存在,并指出其速率各向均为c(真空中)(与参考系无关);1888年赫兹(Hertz)在实验上证实了电磁波的存在。·这显然和伽利略变换矛盾,按伽利略变换,光速在一个参考系中若是c,在另一参考系中必不是c。①没有质量；②完全透

7、明；③对运动物体没有阻力；④非常刚性。爱因斯坦认为：这些困难是由于绝对空间和绝对时间的概念引起的。为不和伽利略变换矛盾,人们假设:宇宙中充满了叫“以太(ether)”的物质,电磁波靠“以太”传播。把以太选作绝对静止的参考系;电磁场方程组只在“以太”参考系成立;电磁波在“以太”参考系中速率各向为c。按伽利略变换,电磁波相对于其他参考系(如地球)速率就不会各向均匀,而和此参考系相对于“以太”的速度有关