狹義相對論的基本假設.ppt

第二十三章 相對論簡介,13、狹義相對論簡介,相對論簡介,牛頓力學,適用宏觀物體的低速（與光速相比）運動,適用宏觀物體的低速（與光速相比）運動,研究微觀粒子的運動,研究宏觀物體的高速（與光速相比）運動,相對論簡介,19世紀后半葉，關于電磁場的研究不斷深入，人們認識到了光的電磁本質我們已經(jīng)知道，電磁波是以巨大且有限的速度傳播的，因此在電磁場的研究中不斷遇到一些矛盾，這些矛盾導致了相對論的出現(xiàn) 相對論不僅給出了物體在高速運動時所遵循的規(guī)律，而且改變了我們對于時間和空間的認識，它的建立在物理學和哲學的發(fā)展史上樹立了一座重要的里程碑,20世紀最偉大的科學家,觀看錄像,經(jīng)典的相對性原理,不同的參考系中觀察物體的運動情況可能不同，物體在空間移動這一概念也是相對的,在不同參考系中觀察物體的運動情況,經(jīng)典的相對性原理,光速恒定的特性，同運動的相對性原理之間似乎產生了矛盾？,但是實驗現(xiàn)象表明，不論光源和觀察者做怎樣的相對運動，光速都是恒定的,v,光速,光速,不存在特殊參考系, 19世紀后半葉和20世紀初，物理學家們曾經(jīng)猜想，有一種叫做以太的介質，彌漫在宇宙中，它是電磁波傳播時所需要的介質，拿以太做參考系時麥克斯韋的電磁理論才成立今天看來，以太是某一特殊參考系的代表麥克爾遜實驗表明不存在這樣的特殊參考系，實際上就是宣布宇宙間不存在以太,麥克爾遜實驗,狹義相對論的兩個假設,上述的矛盾使我們面臨兩個選擇，要么放棄麥克斯韋的電磁理論，要么否定特殊參考系的存在愛因斯坦選擇了后者并提出了兩個假設：,在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的,愛因斯坦的相對性原理,真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的,光速不變原理,同時的相對性,v,車廂長度是5400000km,車廂運行速度240000km/s,車廂上的人和地面上的人看到車廂中間燈光到達前后車廂的先后是不一樣的,同時的相對性,點擊觀看動畫,同時的相對性,在經(jīng)典物理家的頭腦中，如果兩個事件在一個參考系中看來是同時的，在另一個參考系中看來也一定是同時的，但是如果接受愛因斯坦的兩個假設，我們會得出“同時是相對的”這樣一個結論,時間間隔的相對性,高速運行的列車上，由車廂底部發(fā)出的閃光，對于車上的人來說，閃光是在豎直方向反射的，而車廂外的人認為被接收的反射光是沿斜線傳播的,由光速不變原理便得到不同的時間間隔,時間間隔的相對性,對于車廂內的人：,對于車廂外的人：,h,時間間隔的相對性,在站臺上看運動火車上的鐘,在火車上看運動站臺上的鐘,長度的相對性,v,車廂運行速度240000km/s,車上的人看到的車廂的長度：,車外的人看到的車廂的長度：,時空相對性的實驗驗證,當兩個參考系的相對速度可與光速相比時，時間與空間的相對性才比較明顯,狹義相對論的結論已經(jīng)完全得到證實，實際上它已經(jīng)成為微觀粒子研究的基礎之一,時空相對性的實驗驗證,根據(jù)相對論，時間在運動中會進行的比較緩慢，也就是說，在空間中高速移動的時鐘，比固定于地面上的時鐘走得慢,1971年，科學家將銫原子鐘放在噴氣式飛機中作環(huán)球飛行，然后與地面的基準鐘對照實驗結果與理論預言符合的很好這是相對論的第一次宏觀驗證,時空相對性的實驗驗證,早在1941年，科學家通過對宇宙線的觀測證實了相對論的結論，美國科學家羅西和霍爾在不同高度統(tǒng)計了宇宙線中子的數(shù)量，結果與相對論預言完全一致,狹義相對論的其他三個結論,下面，我們學習狹義相對論的三個重要結論,相對論的速度疊加公式,相對論質量,質能方程,相對論的速度疊加公式,v,車廂運行速度240000km/s,車外的人看到車上人相對地面的速度為：,相對論質量,物體的運動速度不能無限增加，那么物體的質量是否隨著速度而變化？,嚴格的論證表明，物體高速（與光速相比）運動時的質量與它靜止時的質量之間有下面的關系：,m為運動質量 m0為靜止質量,相對論質量,微觀粒子的速度很高，它的質量明顯的大于靜止質量在研究制造回旋加速器時必須考慮相對論效應的影響,1988年，中國第一座高能粒子加速器北京正負電子對撞機首次對撞成功,物體的能量和質量之間存在著某種聯(lián)系：,物體的能量和質量之間存在密切的聯(lián)系，他們的關系是：,愛因斯坦,質能方程,這就是著名的質能方程,質能方程表達了物體的質量和它所具有的能量之間的關系.,質能方程,物體的動能,運動時的能量,靜止時的能量,在v c時的一種近似 這就是動能表達式,質能方程,具體推導過程如下：,質能方程,這就是我們過去熟悉的動能表達式，這也能讓我們看出，牛頓力學是相對論力學在低速情況下的特例,相對論的時空觀,什么是時間？什么是空間？時間和空間有什么性質？經(jīng)典物理學認為空間和時間是脫離物質而存在的，是絕對的，空間和時間之間是沒有聯(lián)系的，相對論則認為有物質才有空間和時間，空間和時間與物質的運動狀態(tài)有關 我們生活在低速運動的世界里，因此自然而然地接受了經(jīng)典的時空觀，過去誰都沒有意識到時間與空間的性質，只有當新的實驗事實引出的結論與傳統(tǒng)觀念不一致時，人們才