13(2)第六章 狭义相对论

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1、电动力学电动力学第六章狭义相对论实验基础与历史背景、洛仑兹变换、时空理论、四维协变性、相对论力学与电动力学电动力学对伽利略变换和牛顿时空观的回顾YY'S’S’系相对S系沿x轴正向以匀速S(x,y,z)υv运动。t＝0时刻，物体在OP点，S、S’系重合；在t时刻，rr物体位于P点。此一维相对运动下的伽利略坐标变换式：OO'X(X')xxvtxxvtZZZ'写成矢量形式为：yyyyrrvtzzzztttttt电动对前

2、三式求时间导数，即可得伽利略速度变换式：力学写成矢量形式为：xxvtuuvxxduuuuvyyyydt表明不同惯性系中同一zzuuzz质点的速度不同。再求一次时间导数，即可得伽利略加速度变换式——aaxx左式表明，不同惯性系aaaa中质点的加速度相同yyaazz电动力学经典力学认为质量是与运动无关的Fma常量，则两个惯性系中牛顿运动定律形Fma式相同，也即力与参考系无关——以上表明，把伽利略变换带入

3、到牛顿定律中去，会发现在两不同的惯性系中，牛顿运动定律具有相同的形式；进而推断，对所有惯性系，牛顿力学都应有相同形式，即牛顿力学的相对性原理。若把不随惯性系改变而变化的量看成是“绝对”的，则在经典力学中，通过伽利略变换我们会发现——时间、长度、质量、加速度、“同时性”、力学定律的形式电动牛顿力学的经典（绝对）时空观：力学在两个相对作匀速直线运动的参考系中，时间的测量是绝对的，空间的测量也是绝对的，它们与参考系无关。时间和长度的绝对性是牛顿力学的基础，伽利略变换则是经典时空观的集中体现.用牛顿的话来说——“

4、我不对时间、空间、地点和运动下定义，因为它们是人人熟知的。”“绝对空间就其本质而言是与任何外界事物无关的，它从不运动，并且永远不变。”绝对时空观把时间、空间看成与运动的物质相脱离，很好地适用于宏观低速物体的运动规律，但在离开宏观低速的条件时，便无能为力了。电动力学爱因斯坦在纪念牛顿诞生300周年纪念会上的讲话：“牛顿啊，请原谅我，你所发现的道路，在你所在的那个时代，是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路。你所创造的概念，甚至今天仍然指导着我们的物理思想，虽然我们现在知道，如果要更加深入地了解

5、各种联系，那就必须用另外一些离直接经验领域较远的概念来代替这些概念。”电动力学第1节相对论实验基础与历史背景一、曾经的历史问题坐在火车上的人看到的SS’火车u'光的速度，按照伽利略v=c-u?变换——cvcu“追光实验”一个人以光速和一束光一起运动，看到什么？一个人拿着镜子以光速行驶，能在镜子里看到自己的像吗？光的传播速度，真的与参考系有关吗？电动电磁场理论给出真空中电磁波的传播速度——力学221E真空中的波动方程，其解包括各种形E0ct22式的电磁波，c是电磁波在真空中的

6、221B传播速度。真空中，一切电磁波都以B0ct22速度c传播。18cm2.9979245810(/)s00、分别为真空电容率、磁导率，是与参考系无关的常00数，这说明真空中光速与参考系无关（即与光源的运动和观察者的运动无关），不应服从伽利略变换。将伽利略变换带入麦克斯韦方程组，变换到另一参考系下，其形式不再保持相同，即不满足相对性原理。电动几种选择的可能:力学摒弃伽利略变换及绝对时空观摒弃电磁场方程两者兼顾：电磁学规律在一特殊参考系——“以太”参考系中成立，

7、光在“以太”（ether）中以速度c传播。当时认为，以太相对太阳静止；地球以每秒30公里的速度绕太阳运动，则必会遇到每秒30公里的“以太风”迎面吹来。电动以太（Ether）简介*力学以太是古希腊哲学家设想的一种物质，指青天或上层大气，有时又用来表示占据天体之间的物质。牛顿承认以太存在。他认为，以太不一定是单一物质，因而能传递各种作用，如产生电、磁和引力等，并认为以太可传播振动。19世纪的物理学家们发现光是一种电磁波，而受牛顿力学的机械波影响，既然机械波传播需要介质，因此他们便设想宇宙到处都存在以太，正是这

8、种物质在光的传播中起到了介质的作用。以太无所不在，没有质量，绝对静止。电动18力学cm2.9979245810(/)s00光在“以太系”中的传播速度就是c。当参照系改变，光速也改变。假设太阳静止在以太系中，地球围绕太阳公转，相对以太就有一个速度v。因此若在地球上测量光速，在不同方向上测得的数值应该不同，最大为c+v，最小为c-v；即使太阳相对以太系不静止，地球上测量不同方向的光速，也应该有所不同。迈克尔逊——莫雷实验