ch15-2 狭义相对论的两个基本假设

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1、第15章狭义相对论力学基础§15.1经典力学的相对性原理伽利略变换§15.2狭义相对论的两个基本假设§15.3狭义相对论的时空观§15.4狭义相对论质点动力学简介7/15/20211第15章狭义相对论基础§15.2狭义相对论的两个基本假设一.狭义相对论的两个基本假设1905年，A.Einstein首次提出了狭义相对论的两个假设1.相对性原理一切物理规律在所有惯性系中具有相同的表达形式，在描述“物质运动”的物理规律时，所有惯性系都是等价的。自然界物质的运动是客观存在的,与观察者无关与参照系无关.2.光速不变原

2、理在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值包括两个意思：光速不随观察者的运动而变化光速不随光源的运动而变化在所有惯性系中，物体运动所遵循的力学规律是相同的，具有相同的数学表达形式。或者说，对于描述力学现象的规律而言，所有惯性系是等价的。牛顿定律及所有“力学定律”符合伽利略变换。匀速运动船上的人看到地面自由落体运动为抛物运动而岸上的人看到的是直线自由落体运动等价性是指：船上的人看地上的自由落体运动与地上的人看船上的自由落体运动观察到的结果相同。伽利略变换—相对性原理的数学表达形式空间、时间是绝对的、

3、彼此独立的、与参照系无关的、可以脱离物质的运动而存在。7/15/20212第15章狭义相对论基础(1)Einstein相对性原理是Newton力学相对性原理的发展(2)光速不变原理与伽利略的速度合成定理针锋相对,是矛盾所在。讨论(3)相对论时空观就是在相对性原理和光速不变原理两个假设的基础上发展起来的。伽利略变换是经典时空观下联系事件惯性系间时空坐标关系的变换式洛仑兹变换是相对时空观下联系事件惯性系间时空坐标关系的变换式(4)在相对性原理和光速不变原理的基础上发展起了相对论时空观后，伽利略变换不再能联系不同

4、惯性系间同一个事件时空坐标之间的关系，我们在两个原理的基础上首先推出联系不同惯性系间同一事件时空坐标之间的变换关系式即洛仑兹变换。相对性原理：一切物理规律在所有惯性系中具有相同的表达形式，在描述“物质运动”的物理规律时，所有惯性系都是等价的。光速不变原理：在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值7/15/20213第15章狭义相对论基础二.洛仑兹变换2.光速不变原理在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值包括两个意思：光速不随观察者的运动而变化光速不随光源的运动而变化yOzSx(x')O

5、'z'y'S'S’系相对于S系以恒定速度运动，O和O’重合时t＝t’＝0。当t＝t’＝0时，从O点发出一光信号,信号以球面波向外传播。根据爱因斯坦光速不变原理知,在S系和S’系中观察到波面传播速度均为c，他们认为球面波的中心都在自己坐标原点处。即这两个结论都是正确的！否则光速不变就错误！这个假设说明，时间和空间不是彼此独立的，某事件发生的空间坐标和该事件发生的时间坐标之间用光速进行联系了起来。7/15/20214第15章狭义相对论基础yOzSx(x')O'z'y'S'(x,y,z;t)(x',y',z';t

6、')PS’系相对于S系以恒定速度运动，O和O’重合时t＝t’＝0。在S和S’中观察P的时空坐标分别为这两个结论都是正确的！这个假设说明，时间和空间不是彼此独立的，某事件发生的空间坐标和该事件发生的时间坐标之间用光速进行联系了起来。由于y、z方向没有相对运动，所以令对于S’中O’点以上假设肯定成立所以将关系式代入得该式对于任意x、t均成立，所以展开后对应系数必须相等，即7/15/20215第15章狭义相对论基础令将关系式代入得该式对于任意x、t均成立，所以展开后对应系数必须相等，即7/15/20216第15章

7、狭义相对论基础讨论（1）洛仑兹变换关系是线性关系，这是真实事件所必须满足的条件，一个事件在S系中的一组坐标总是与它在S’中的坐标一一对应的。（2）当u<

8、、时间坐标、空间坐标、时间间隔、空间间隔等时空概念不再是与参考系无关的，而是与参考系有关的。此即相对论时空观。(6)根据洛仑兹变换公式，我们可以得出洛仑兹变换速度、加速度公式。7/15/20218第15章狭义相对论基础7/15/20219第15章狭义相对论基础例一短跑选手在地面上以10s的时间跑完100m。一飞船沿同一方向以速率u=0.8c飞行。求(1)飞船参考系上的观测者测选手跑过的路程；(2)飞船参考系上测得