哈工大大学物理课件(马文蔚教材)-第18章相对论

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1、如果光速不变！1秒1.5秒第十八章相对论18-1伽利略变换式牛顿的绝对时空观一伽利略变换式经典力学的相对性原理坐标变换:oyxz速度变换:加速度变换:经典力学相对性原理对一切惯性系，牛顿定律及其他力学规律的形式都是一样的。什么是绝对时空观?1.时间,空间与物质的运动无关.2.时间与空间彼此无关.3.时间间隔,空间间隔的度量绝对不变.(S系中必须同时测量长度两端)由二牛顿的绝对时空观伽利略相对性原理（经典力学相对性原理）对一切惯性系，牛顿定律及其他力学规律的形式都是一样的。绝对时空观说明存在一个绝对的惯性参考系，但力学相对性原理说明用力学方法不可能找到绝对的惯性参考系。电磁学

2、规律说明光是一种电磁波，光在真空中的速度为人们认为这是光相对以太的运动速度。以太就是绝对的惯性参考系。光是横波，只有固体才有。固体横波波速G大ρ小，特殊介质以太光相对以太沿各个方向的运动速度都是C。18-2狭义相对论产生的历史背景迈克耳逊—莫雷实验（寻找以太的实验）v(地球速度）迈克尔逊干涉仪LLM1M2*S转900转90018-3狭义相对论的基本原理洛伦兹变换1）相对性原理2)光速不变原理在所有的惯性系中，光在真空中传播的速率具有相同的值cc=2.99792458×108ms-1忽然我领悟到这个问题的症结所在。这个问题的答案来自对时间概念的分析，不可能绝对地确定时间，在时

3、间和信号速度之间有着不可分割的联系。利用这一新概念，我第一次彻底地解决了这个难题。波程差亮暗{条纹移动实测一切物理规律对所有惯性参考系等价。*未找到绝对的惯性参考系。爱因斯坦：光速是否与光源运动有关？击前球上散射光速c击后球上散射光速c+v＜应看到球先动后静止。是否c过大，L过小？天文实例：1731年英国一位天文爱好者观察到南方夜空的金牛座上一团云雾状东西，外型象螃蟹，称蟹状星云，距我们五千光年。观测表明以年0.21``速率膨胀。到1920年已膨胀到180``，推算膨胀开始于860年前，即1060年左右。人们推算这是900年前一次超新星爆发抛出的气体壳层。这一点在我国史记中

4、得到证实，《宋会要》记载：客星（超新星）最初出现在北宋至和元年（公元1054年），位置在金牛座天关附近，白昼看起来赛过金星，历时23天，后慢慢暗下来，两年后“隐没”。（牛顿力学的困难）击球：c+vc地球超新星爆发中抛射物速度v=1500公里/秒按牛顿观点但实际只有2年，相差甚大！说明光速与光源运动无关！目前人们用同步加速器产生以0.99975c运动的中性π介子，衰变时发射γ射线沿运动方向速度与静止时测得的c一致。v二.洛伦兹变换1）满足相对性原理和光速不变原理2）当质点速率远小于真空光速c时，该变换应能使伽利略变换重新成立。oyxz根据相对性原理，新的时空变换关系必须是线性

5、的。对s’系的原点o’有和即设对s系的原点o有和即设根据相对性原理根据光速不变原理和（1），（2）相乘可得(1)(2)oyxz时空坐标变换：令oyxz它们之间的相对论变换：逆变换：正变换：2.洛仑兹变换下的速度变换:坐标变换:速度变换:讨论：1）速度的变换公式，保证了光速c不变性。如：若在S系中则S’系中2)无论在真空还是在介质中,无论用什么方法,都不可能使一信号速度大于光速.SS’2)无论在真空还是在介质中,无论用什么方法,都不可能使一信号速度大于光速S’系相对于S系运动速度而在S’系中一粒子的运动速度求S系的*18-4狭义相对论的时空观一.同时性的相对性S系S’系不同地

6、点同时发生两事件A、B.时间在S’系中A、B两事件不同时发生。火车参照系S’站台参照系SS’系中同时S系中先后二长度的收缩(运动的尺收缩)S’系:尺静止放在轴上，SS’S系中:观测者必须同时测得从S系测运动的尺在运动的方向上缩短(收缩)(原长)长度收缩效应符合相对性原理：S系:尺静止放在轴上，S’系中:观测者必须同时测得S从S’系测运动的尺在运动的方向上也缩短(收缩)！符合相对性原理(原长)S’三.时间的延缓(运动的时钟变慢)S系S’系同一地点两事件时间间隔(原时)如果在S系同一地点两事件时间间隔(原时)都有符合相对性原理例：静止的介子平均寿命为在高能加速器中

7、介子获得了0.75c的速度，实验测得介子衰变前通过的距离，并不是而是答案：与实验符合得很好。这一时间延缓在研究介子的寿命时，得到了直接的验证。例：飞船地球问飞船上讲一节课用1小时，地球上用几小时？vS’vSS’一系列同步钟这才对准了！可见S认为S’的钟慢了，而S’也认为S的钟慢了.符合相对性原理吗？根据同时的相对性，S系认为对准的钟，S’系认为没对准！矛盾一开始就出现了。同时的相对性是否会改变相关事件的因果关系？甲开枪乙中弹倒下us(x1,t1)(x2,t2)子弹速度这里S系S‘系中观察是否会有甲先开枪，乙后中弹倒