1、1,（1）从哥白尼到爱因斯坦,1.1 牛顿力学的相对性原理和伽利略变换,第五章 狭义相对论,（2）伽利略变换,1.2 爱因斯坦的狭义相对论的两个基本假设,2 狭义相对论运动学,（3）牛顿的相对性原理,（4）牛顿力学的困难,（1）基本假设1,2.1 绝对时空观的失效（同时性的相对性）,5.1 狭义相对论的基本假设,（2）基本假设2,2.2 狭义相对论的洛仑兹变换,作业：5-1，5-2、例5-2,2, 学习本章的正确态度 1) 超越自我认识的局限 2) 自觉摆脱经验的束缚-以事实为依据,牛顿的相对性原理 狭义相对性原理惯性系 广义相对性原理非惯性系 的一般理论,研究的问题: 在两个惯性系中考察同一
2、物理事件,牛顿力学的绝对时空是否正确？,认识,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照系无关。,3,一 伽利略变换的失效,提出：运动描述与参考系有关, 而运动规律（如对牛顿定律的认识）在惯性系中不变，称为力学相对性原理或牛顿的相对性原理。,位矢的坐标分量式：,正变换,逆变换,（1）伽利略变换,4,速度变换 与加速度变换,正,逆,5,在两个惯性系中,（2）牛顿的相对性原理Newton Principle of relativity,牛顿力学中,相互作用是客观的， 力与参考系无关。,质量的测量与 运动无关。,宏观低速物体的力学规律在
3、任何惯性系中形式相同。,或 牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变。,或 牛顿力学规律是伽利略不变式。,6,（3）牛顿力学的困难,与参照系无关,在研究光、电磁场和微观粒子等 物理现象时，整个经典力学的基本观念，例如 时间和空间的绝对性及其分离的观念，质能分 离的观念，运动确定性描述的观念等等，都受 到了挑战。,1) 电磁场方程组不服从伽利略变换 2) 光速C 在哪个参考系中测的?迈克耳逊 莫雷实验的 0 结果,7,2、相对性原理是普遍真理，既适用于力学，也适用于电磁学。A. 麦克斯韦方程是错误的，需要修改。 B.麦克斯韦方程中c是相对所有惯性参照系的，伽利略变换不适用，经典时空观有错误，需要修改。
4、,几种观点：,1、相对性原理只适用于力学，不适用于电磁学，在电磁学中有绝对参照系Ether。麦克斯韦方程中c是相对绝对参照系Ether的。,。,爱因斯坦在对空间和时间的物理意义进行了深入分析后，终于认识到“整个物理学的基础可能需要从根本上加以改造。”他提出了同时性的相对概念，圆满解决了整个困难，完成了狭义相对论的论文。,洛伦兹变换；彭加勒的相对性原理,论动体的电动力学 （1905年）,8, 爱因斯坦的理论是牛顿理论的发展,一切物 理规律,(1) 一切物理规律在任何惯性系中形式相同 相对性原理 (2) 在所有的惯性参照系，光在真空中的传播速率 具有相同的值c 光速不变原理,二 爱因斯坦狭义相对论
5、的两个基本假设,9, 光速不变与伽利略变换 与伽利略的速度相加原理针锋相对, 观念上的变革,牛顿力学,运动与参考系有关,(相对性),长度、时间测量的绝对性,狭义相对论力学,长度、时间、质量都不是线性独立的，函数表达 相对性（时空观）,10, 事件 时空坐标 同时的相对性- 光速不变原理的直接结果以爱因斯坦火车为例说明,爱因斯坦火车,地面参考系,5. 2 相对论运动学,一 绝对时空观的失效（同时性的相对性）,11,实验装置,发一光信号,研究的问题： 两事件发生的时间间隔,12,处闪光,光速为,同时接收到光信号,事件1、事件2 同时发生。,处闪光,光速也为,系中的观察者又如何看呢？,事件1、事件2
6、 不同时发生。,事件1先发生,所以说：同时的相对性是光速不变原理的直接结果,13,新的时空变换关系，必须满足以下两个条件：,1、满足相对性原理和光速不变原理（基本假设）,2、当质点的速率远远小于真空中的光速 c 时，该变换应能使伽利略变换重新成立（对应原理）,二 狭义相对论的洛仑兹变换,14,经一段时间，光传到 P点。,由光速不变原理：,15,可以假定：,均为待定常数,伽利略变换中,将上式带入,考虑时空的对称性,根据相对性原理，在一个惯性系下匀速直线的运动，在另外一个惯性系下也应该是匀速直线运动。 x 、t 和x、 t的变换必须是线性的。极限情况要退化为伽利略变换。,16,考虑到,17,得洛仑
7、兹变换为：,当,退化为伽利略变换：,18,逆变换：从观察者o来看o是以-u 沿负x方向运动， 所以o 观察者所测得的x , t 作为x，t的函数为：,逆变换,19,正变换,时空坐标，在相对论中，时间和空间的测量是不能互相分离的,洛仑兹变换将过渡到经典力学适用的伽利略变换。,结论：,3）速度有极限,因x、t 必为实数,20,五、相对论速度变换,由定义：,由洛仑兹变换,21,由洛仑兹变换知,22,洛仑兹速度变换式,正变换,逆变换,23,例5-2 设想一飞船以0.80c的速度在地球上空飞行， 如果这时从飞船上沿速度方向抛出一物体，物体 相对飞船速度为0.90c 。 问：从地面上看，物体速度多大？,解：选飞船参考系为 系,地面参考系为 系,分子同伽利略变换,
