文档介绍：大学物理学基础
物理科学学院
李祖斌
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2020/4/10
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第五章 狭义相对论
2020/4/10
2020/4/10
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作业：5-2，5-3，5-4
§ 狭义相对论的基本假设
绝对时空观的失效
洛伦兹变换
§ 相对论运动学
§ 狭义相对论的时空观
同时的相对性
时间膨胀
长度收缩
§ 狭义相对论的基本假设
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2020/4/10
牛顿力学
绝对时空观
相对性原理
对于力学以外的物理规律，相对性原理是否仍然成立？
伽利略变换是绝对时空观的必然推论，长度和时间的测量与参考系无关。绝对时空是否正确？
问题：如何在不同惯性系中研究同一物理事件？
伽利略变换
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电磁学的问题：
1865年麦克斯韦建立的电磁场方程预言了电磁波的存在，并得出其速度(光速c)是真空介电常数与真空磁导率乘积的根号分之一。可见c是一个与参考系无关的量。这表明电磁场理论不满足伽利略协变性，即牛顿时空观不适用于电磁现象。
绝对时空观中，速度是相对坐标系的，与光速不变矛盾，光速不变与伽利略变换矛盾。
u
c - u
c + u
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电磁学不满足相对性原理么？
（1）认为伽利略变换不容置疑，假设存在一个绝对参考系“以太”，电磁理论在以太中才成立。
然而，大量实验表明并不存在以太这种特殊参考系。
（2）洛伦兹提出了长度收缩假说，用以解释以太漂移的零结果。建立了洛伦兹变换。
洛伦兹走到了相对论的边缘，却没有跳出绝对时空观的框架。
光速测量精度的提高为光速不变提供了实验依据。开始怀疑以太是否存在。
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1905年，爱因斯坦《论动体的电动力学》，
提出了狭义相对论的两个基本假设：
(1) 一切物理规律在任何惯性系中形式相同
—— 相对性原理
(2) 在任何惯性参考系，光在真空中的传播速率都相等。
—— 光速不变原理
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光速不变与伽利略变换矛盾
新的时空变换公式：洛伦兹变换
观念上的变革
牛顿力学
运动与参考系有关
(运动相对性)
测量与参考系无关
(绝对时空观)
狭义相对论力学，光速不变
长度、时间测量的相对性
（相对论时空观）
§ 相对论运动学
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绝对时空观的失效（同时的相对性）
绝对时空观：时间测量与参考系无关，惯性系S与S′中，t = t′。在S系两事件同时发生，t1 = t2，在S′系也必然同时发生， t1′ = t2′ 。
相对论时空观：同时的相对性，这是光速不变原理的必然结果，以爱因斯坦火车为例说明。
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爱因斯坦火车
地面参考系
在火车上，
分别放置信号接收器
发一光信号
中点
放置光信号发生器
事件1：
接收到闪光，
事件2：
接收到闪光
研究的问题： S′系、S系中两事件发生是同时的么？