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1、“相对论的兴起是由于实际需要,是由于旧理论中的矛盾非常严重和深刻,而看来旧理论对这些矛盾已经没法避免了。” 爱因斯坦,惯性系:,物体在某参考系中, 不受其他物体作用而保持静止或匀速直线运动状态, 这个参考系称为惯性系.,相对惯性系静止或匀速直线运动的参照系也是惯性系.并称他们互为惯性系.,以下讨论均在互为惯性系的两个参考系中.,两个参考系对称性,理解狭义相对论的关键在于: 建立两个互为惯性系的参考系.,一 伽利略变换式 经典力学的相对性原理,问:相对于不同的参考系 , 经典力学定律的形式是完全一样的吗 ?比如P点空间坐标是否相等?,不相等 !,关系如何 ?,匀速直线运动,伽利略坐标变换,空间和
2、时间的量度都是绝对的,与参考系无关 .,正变换,两个参考系对称性,逆变换,坐标变换的不变性,加速度变换,伽利略速度变换,对于任何惯性参照系 , 牛顿力学的规律都具有相同的形式 . 这就是经典(牛顿)力学的相对性原理 .,两个参考系对称性,在宏观、低速的范围内,是与实验结果相一致的 .,问:相对于不同的参考系 , 长度和时间的测量结果是一样的吗?,绝对时空概念:时间和空间的量度和参考系无关 , 长度和时间的测量是绝对的.,二、经典力学的绝对时空观,“绝对的真实的数学时间, 就其本质而言, 是永远均匀 地流逝着, 与任何外界无关.” “绝对空间就其本质而言 是与任何外界事物无关的, 它从不运动,
3、并且永远不变.”,伽利略变换,牛顿的绝对时空观,牛顿力学的相对性原理,实践已证明 , 绝对时空观是不正确的.,伽利略变换?牛顿力学的相对性原理?,都存在局限性!,问:对于不同的惯性系,电磁现象基本规律的形式是一样的吗?如电磁波(光)的传播速度?,对于两个不同的惯性参考系,光速满足伽利略变换吗?,三 光速依赖于惯性参考系的选取吗,光在真空中的传播速度早在1864 年由麦克斯韦推导得出:,以飞机上的灯光为例 设飞机上的灯光速度为c飞,这一结果对吗?,结果:观察者先看到投出后的球,后看到投出前的球?,试计算球被投出前后的瞬间,球所发出的光波达到观察者所需要的时间. (根据伽利略变换),900 多年前
4、(公元1054年5月)一次著名的超新星爆发, 这次爆发的残骸形成了著名的金牛星座的蟹状星云。北宋天文学家记载从公元 1054年 1056年均能用肉眼观察, 特别是开始的 23 天, 白天也能看见 .,物质飞散速度,当一颗恒星在发生超新星爆发时, 它的外围物质向四面八方飞散, 即有些抛射物向着地球运动, 现研究超新星爆发过程中光线传播引起的疑问 .,实际持续时间约为 22 个月, 这怎么解释 ?,理论计算观察到超新性爆发的强光的时间持续约,A 点光线到达地球所需时间,B 点光线到达地球所需时间,实践证明:光速不满足伽利略变换!,以太:充满宇宙的一种特殊物质,光的传播速度与光源的运动无关!那么 c
5、 是相对什么的速度?c 依赖于惯性参考系的选取吗?,迈克尔孙 莫雷实验,设想“以太”是绝对的惯性系,光在真空中的传播速度是相对“以太”的速度.实验试图计算出地球表面相对“以太”的速度.,人们为维护“以太”观念作了种种努力, 提出了各种理论 ,但这些理论或与天文观察,或与其它的实验相矛盾,最后均以失败告终 .,实验结果 未观察到地球相对于“以太”的运动.,“山穷水尽疑无路,” 陆游游山西村1167,“横看成岭侧成峰,远近高低各不同。 不是庐山真面目,只缘身在此山中 ” 苏轼题西林壁1084,我们看到的现象或对事物的描述,往往随观测的角度而异。超越从个别角度认识问题,超越自我认识的局限性,,地球在哪儿? 光速为什么不变呀?. 如果光速真的不变,这个世界会是什么样呢?,1893年洛仑兹提出“长度收缩”,1894年菲兹杰惹提出“收缩因子”,1904年彭加勒提出“相对性原理”,1904年洛仑兹提出“洛仑兹变换”,但是他们均没有否定“以太”的存在,所以不能自圆其说。,1905年爱因斯坦大胆地否定了“以太”的存在提出“两条基本原理”,创立了狭义相对论理论。,为了解释迈克尔孙莫雷实验,人们做了大量的努力。,
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