1,14-1伽利略變換式牛頓的絕對時(shí)空觀,2,一、伽俐略變換和經(jīng)典力學(xué)相對性原理,1、伽俐略變換,3,4,速度變換公式,加速度變換,在兩相互作勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性系中,牛頓運(yùn)動(dòng)定律具有相同的形式.,2、經(jīng)典力學(xué)的相對性原理（NewtonPrincipleofrelativity）,二、經(jīng)典力學(xué)的絕對時(shí)空觀,根據(jù)伽利略變換，我們可得出牛頓的絕對時(shí)空觀，也稱之為經(jīng)典時(shí)空觀。,在S系內(nèi)，米尺的長度為,在S系內(nèi)，米尺的長度為,利用伽利略變換式得,結(jié)論：空間任意兩點(diǎn)之間的距離對于任何的慣性系而言都是相等的，與慣性系的選擇或觀察者的相對運(yùn)動(dòng)無關(guān)。即：長度是“絕對的”，或稱之為“絕對空間”。,再有,時(shí)間也與慣性系的選擇或觀察者的相對運(yùn)動(dòng)無關(guān),“絕對空間”、“絕對時(shí)間”和“絕對質(zhì)量”這三個(gè)概念的總和構(gòu)成了經(jīng)典力學(xué)的所謂“絕對時(shí)空觀”：空間、時(shí)間和物質(zhì)的質(zhì)量與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)無關(guān)而獨(dú)立存在，空間永遠(yuǎn)是靜止的、同一的，時(shí)間永遠(yuǎn)是均勻地流逝著的。,8,牛頓力學(xué)的相對性原理,在宏觀、低速的范圍內(nèi),是與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致的.但在高速運(yùn)動(dòng)情況下則不適用.,舉例如下頁所示：,9,對電磁現(xiàn)象的研究表明:,電磁現(xiàn)象所遵從的麥克斯韋方程組不服從伽利略變換.,真空中的光速,10,試計(jì)算球被投出前后的瞬間，所發(fā)出的光波達(dá)到觀察者所需時(shí)間.,球投出前,球投出后,(根據(jù)伽利略變換),例,11,觀察者先看到投出后的球，后看到投出前的球.,結(jié)果:,球投出前,球投出后,(根據(jù)伽利略變換),公元1054年,人們發(fā)現(xiàn)天上出現(xiàn)了一顆“客星”,其耀眼的光芒,用肉眼在白天也看得見.史書記載它在天空中停留了22個(gè)月,產(chǎn)生了著名的金牛座蟹狀星云.,13,當(dāng)一顆恒星在發(fā)生超新星爆發(fā)時(shí),它的外圍物質(zhì)向四面八方飛散,即有些拋射物向著地球運(yùn)動(dòng),現(xiàn)研究超新星爆發(fā)過程中光線傳播引起的疑問.,14,A點(diǎn)光線到達(dá)地球所需時(shí)間,B點(diǎn)光線到達(dá)地球所需時(shí)間,理論計(jì)算觀察到超新星爆發(fā)的強(qiáng)光的時(shí)間持續(xù)約.實(shí)際持續(xù)時(shí)間約為22個(gè)月,這怎么解釋?,14-2邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)原理圖,以太風(fēng),光路1,光路2,光順著以太風(fēng)方向傳播,光逆著以太風(fēng)方向傳播,往返一次所需時(shí)間：,光路（1）,光路（2）,光相對于地球的速度垂直于以太的方向。,往返一次需要時(shí)間,因?yàn)?由,兩束光的光程差：,將儀器旋轉(zhuǎn)90，光程差將變號，光程改變量為,引起的條紋移動(dòng)：,光速：,所選光波長：,地球繞太陽的公轉(zhuǎn)速度：,干涉儀臂長約：,21,邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)測到以太漂移速度為零,對以太理論是一個(gè)沉重的打擊,被人們稱為是籠罩在19世紀(jì)物理學(xué)上空的一朵烏云.,22,愛因斯坦,20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家之一,1905年、1915年先后創(chuàng)立狹義和廣義相對論,1905年提出了光量子假設(shè),1921年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),還在量子理論方面有重要貢獻(xiàn).,（1879-1955）,23,真空中的光速是常量，沿各個(gè)方向都等于c，與光源或觀測者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān).,1相對性原理,物理定律在所有慣性系中都具有相同的表達(dá)形式.,2光速不變原理,一狹義相對論的基本原理,24,關(guān)鍵概念：相對性和不變性.,狹義相對論的基本原理與實(shí)驗(yàn)事實(shí)相符合.,這兩條基本原理是狹義相對論的基礎(chǔ).,1、洛侖茲變換的導(dǎo)出,重合,兩個(gè)參考系中相應(yīng)的坐標(biāo)值之間的關(guān)系,有,事件P的時(shí)空坐標(biāo)如圖所示.,二洛倫茲變換式,（1）時(shí)空是均勻的，因此慣性系間的時(shí)空變換應(yīng)該是線性的。,（2）新變換在低速下應(yīng)能退化成伽利略變換。,設(shè)的變換為：,根據(jù)Einstein相對性原理:,的變換為：,原點(diǎn)重合時(shí)，從原點(diǎn)發(fā)出一個(gè)光脈沖，其空間坐標(biāo)為：,對系：,對系：,由光速不變原理：,(1),時(shí)間關(guān)系的推導(dǎo)過程見下頁,時(shí)間關(guān)系,時(shí)間關(guān)系的推導(dǎo)過程；,二、時(shí)空變換關(guān)系,伽利略變換,1、在洛倫茲變換中時(shí)間和空間密切相關(guān)，它們不再是相互獨(dú)立的。,2.u>c變換無意義,速度有極限,3洛倫茲速度變換式,正變換,逆變換,推導(dǎo)過程見下頁,*洛侖茲速度變換式的推導(dǎo),（1）正負(fù)號分子和分母上一樣（2）分子和分母上別的規(guī)律,由洛侖茲變換知,36,討論,光速不變,如在S系中沿x方向發(fā)射一光信號,在S系中觀察:,光速在任何慣性系中均為同一常量，利用它可將時(shí)間測量與距離測量聯(lián)系起來.,例：設(shè)想一飛船以0.80c的速度在地球上空飛行，如果這時(shí)從飛船上沿速度方向發(fā)射一物體，物體相對飛船速度為0.90c。問：從地面上看，物體速度多大？,s,解：選飛船參考系為S系,地面參考系為S系,