6狭义相对论精品PPT课件

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③ 当速度远远小于 c 时，两个惯性系结 果相同 “同时性”的相对性
——在某系中同时发生于不同地点的两个事 件,在另一相对运动系中不一定同时发生.
y y v
z
o o
z
P1 P2
x, x
22
时序的相对性： t小，表示发生在先， t大，表示发生在后;
t→表示将来， t=负值 一般表示过去
若按伽利略速度变换,其结果为:
ux′=ux-v=0.6c-(-0.6c)=1.2c>c 显然是不合理的。
45
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K K’
O
V
O’ t1'
t2'
x1 x2
t'2 t'1
t2 t1

v c2
x2 x1
1 2
t1 t2
分母0
K’系中看： 时序不变
分析： (t2-t1)0 (t2’-t1’) 同时
(x2-x1)0
时序颠倒
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Note: 在不同系中观测,两事件的时序可能 颠倒.但对因果事件,不会如此.
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Great events in 1905:
•March 1905
Photoelectric effect—understanding of the structure of light
•May 1905
Explaining Brownian Motion-developing kinetic energy theory
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3.长度收缩(length contraction)
——在某系中一根静止棒的长度(原长proper length, or静长rest length),总是大于在沿棒 长方向运动的系中测到的长度.P1 P2来自voo

c 1 2.99792458108(m/s) 00
光在“以太系”中的传播速度就是c。当参照系改变， 光速也改变。
假设太阳静止在以太系中，地球围绕太阳公转， 相对以太就有一个速度v。因此若在地球上测量光速， 在不同方向上测得的数值应该不同，最大为c+v，最小 为c-v；即使太阳相对以太系不静止，地球上测量不同 方向的光速，也应该有所不同。
十七世纪——牛顿力学 二十世纪
量子力学
爱因斯坦: Albert Einstein （1879~1955）
现代时空的创始人 二十世纪的哥白尼 牛顿之后最杰出的科学家
1905年 爱因斯坦奇迹年
3月 提出光量子假说 4月 关于分子大小的测量 5月 关于布朗运动
6月《论动体的电动力学》
9月 《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》
几种选择的可能: ➢ 摒弃伽利略变换及绝对时空观
➢ 摒弃电磁场方程
➢ 两者兼顾：电磁学规律在一特殊参考系——“以太” 参考系中成立，光在“以太”（ether）中以速度c传 播。当时认为，以太相对太阳静止；地球以每秒30公 里的速度绕太阳运动，则必会遇到每秒30公里的“以 太风”迎面吹来。
以太（Ether）简介*
电磁场理论给出真空中电磁波的传播速度——
2
E
1 c2
2E t2
0
2
B
1 c2
2B t2
0
真空中的波动方程，其解包括 各种形式的电磁波，c是电磁波 在真空中的传播速度。真空中， 一切电磁波都以速度c传播。
c 1 2.99792458108(m/s) 00
0、0分别为真空电容率、磁导率，是与参考系无关的 常数，这说明真空中光速与参考系无关（即与光源的 运动和观察者的运动无关），不应服从伽利略变换！

光速不变原理在现代物理学中有着广泛的应用，如量子力学 、广义相对论等。同时，它也是现代通信技术、激光技术等 领域的基础之一。
04
狭义相对论的时空观
同时性的相对性
01
同时性的相对性是狭义相对论 中的一个基本概念，指的是观 察者在不同参考系中观察到的 事件发生顺序可能会不同。
02
在相对论中，两个事件在不同 的参考系中同时发生，并不意 味着它们在所有参考系中都是 同时发生的。
狭义相对论的基本原理
相对性原理
物理规律在所有惯性参考系中形 式都保持不变。
光速不变原理
光在真空中的速度在所有惯性参 考系中都是相同的，约为每秒 299,792,458米。
02
洛伦兹变换
洛伦兹变换的定义
洛伦兹变换是用来描述不同惯性参考系之间坐 标和时间的变换。
在狭义相对论中，所有惯性参考系都是等价的 ，因此可以通过洛伦兹变换将一个惯性参考系 中的事件变换到另一个惯性参考系中。
3
通过洛伦兹变换，我们可以更好地理解狭义相对 论中的基本原理和概念，从而更深入地了解这个 理论。
03
光速不变原理
光速不变原理的表述
光速不变原理是狭义相对论的基本假设之一，它指出在任何惯性参考系中，真空 中光的传播速度都是恒定不变的，约为每秒299,792,458米。
光速不变原理可以表述为：无论观察者的运动状态如何，光的速度在真空中总是 相同的。
狭义相对论的质量和能量 质量与能量的关系
质量和能量是等价的：在狭义相对论中，质量和能量被视 为同一事物的两个方面，它们之间可以相互转换。
核能释放：核反应过程中，原子核中的质量会转化为能量 释放出来。
质能方程E=mc²：该方程表达了质量和能量之间的关系 ，其中E代表能量，m代表质量，c代表光速。

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洛仑兹坐标变换式
正变换
逆变换
x
x ut
1
u2 c2
y y
z z
t
t
u c2
x
2
1 u2 c 第19页/共51页
x x' ut '
1
u2 c2
y y
z z
t
t'
u c2
x'
1
u2 c2
令 u
c
正变换
1 1 2
逆变换
x x ut x x ut
y y
第2页/共51页
v ' a'
正变换：
把S′系的各量用S系的各量表示。
y
y’
u
P(x, y, z, t)
ut o
o’ z
z’
坐标变换
x' x ut y' y z' z t' t
x’
x’
x x
速度变换
加速度变换
vx vx u
vy vy
a' a
vz vz
——伽利略变换式
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o
x1
第14页/共x251页 x
l x2 x1 ut
Δt是B′、A′相继通过 x1这两个事件之间的固有时。
l和l ' 之间有什么关系呢？
在S′系，棒静止，由于S系向左运动，x1这一点相继经过B′和A′端。
y
u
o
y
u
o o′ y′
o′
y′
A’
A′ x1
x1经过A′和B′两事件之间的时间间隔，在S’ 系中测量为：