文档介绍：1第八章狭义相对论 If A is a ess in life, then A equals x plus y plus z. Work is x; y is play; and z is keeping your mouth shut. ------Einstein 2 § 狭义相对论基本原理物理学的大综合 J. C. Maxwell (1831-1879) 力热声光电磁经典物理学 I. Newton (1642-1727) 3 ?狭义相对论以前的力学和时空观描述物体的运动需要选择参考系,并在参考系中建立坐标系。 O O ?x x ? y y ?zz ?),,,( ),,,(tzyx tzyx ????事件:物体在某一时刻处于某一位置物体的运动对应事件的变动选择不同的参考系,对同一事件的描述是不同的。为了简单,只考虑两个相互作匀速直线运动的参考系 S 和S' 事件的时空坐标),,,( ),,,(tzyx tzyx ???? v ?4 在两个相互作匀速直线运动的参考系 S 和 S' 中, 事件的时空坐标之间有什么关系? O O ?x x ? y y ?zz ?),,,( ),,,(tzyx tzyx ????时间的流逝在所有参考系中都相同 tt ??经典力学认为空间的距离在所有参考系中也是相同的——绝对时空观时间的流逝和空间的度量与物体的运动没有任何关系 ll ?? v ?5 O O ?x x ? y y ?zz ?),,,( ),,,(tzyx tzyx ????考虑两个相互作匀速直线运动的参考系 S和S',它们相应的坐标轴彼此平行, S'系相对 S系的速度为 v,沿 x轴正方向。在 t = t' =0 时刻, 两个参考系的坐标原点重合。伽利略变换????????????????tt zz yy vtxx ?伽利略变换 v ?6 速度定义??????????????????????????????????td zdu td ydu td xduSdt dz u dt dy u dt dx uS z y x z y x系系速度变换公式???????????? zz yy xxuu uu vuu牛顿的绝对时空观太简洁了,伽利略速度变换太真实了! 相对速度= 绝对速度- 牵连速度 7 ?伽利略相对性原理伽利略在 1632 年出版的著作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》把你和几个朋友关在一条大船甲板下的主舱里,再让你们带几只苍蝇、蝴蝶和其它小飞虫。舱内放一只大水碗,里面放几条鱼。然后挂上一个水瓶,让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐儿里。船停着不动时,你留神观察,小虫都以等速向舱内各方向飞行,鱼向各个方向随便游动,水滴滴进下面的罐子中。你把任何东西扔给你的朋友时,只要距离相等,向这一方向不必比另一方向用更多的力, 你双脚齐跳,无论向哪个方向跳过的距离都相等。当你仔细地观察这些事情后,再使船以任何速度前进。只要运动是匀速的,也不互左忽右地摆动,你将发现,所有上述现象丝毫没有变化,你也无法从其中任何一个现象来确定,船是在运动还是停着不动。 8 爱因斯坦把伽利略表达的意思称为伽利略相对性原理在一个惯性系的内部所做的任何力学实验都不能确定这一惯性系本身是在静止状态还是在作匀速直线运动。一切惯性系对于描述运动的力学定律来说是完全等价的, 不存在任何一个比其它惯性系更为优越的惯性系。一切惯性系中力学定律都相同几种不同的表述,都是等价的 9 根据伽利略变换 adt dv dt dv dt dv td vdtd vdtd vdaaaa z yxz yxzyx ????????????????????????????,,,,},,{即两个惯性系中加速度相同。此外,经典力学认为不同惯性系中观测到的力和质量也都相同。在两个惯性系中力学运动基本定律都具有牛顿第二定律的形式在经典力学中牛顿第二定律、伽利略变换和伽利略相对性原理三者是自洽的伽利略相对性原理表明不可能用力学实验确定惯性系自身的运动不存在绝对静止的参考系运动都是相对的,但时间和空间是绝对的 10 ?电磁场理论建立后呈现的新局面 0 222 2?????Ect E ??0 222 2?????Bct B ?? 1865 年麦克斯韦建立了描述电磁现象的麦克斯韦方程组,它的一个重要推论是存在电磁波。真空中电磁波满足的波动方程为式中 c是真空中的电磁波传播速度, m/s 10 1 8 00????? c电磁波在真空中沿各方向的传播速度都等于光速