《物理學(xué)教學(xué)課件》4-1經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀

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1、 第 4 章 狹 義 相 對(duì) 論 基 礎(chǔ) 歷 史 背 景 19世 紀(jì) 末 電 磁 學(xué) 有 了 很 大 發(fā) 展 ， 1865年麥 克 斯 韋 (Maxwell)總 結(jié) 出 電 磁 場(chǎng) 方 程 組 ；預(yù) 言 了 電 磁 波 的 存 在 ， 并 指 出 其 速 率 各 向 均為 c (真 空 中 )； 1888年 赫 茲 (H ertz) 在 實(shí) 驗(yàn)上 證 實(shí) 了 電 磁 波 的 存 在 。 這 顯 然 和 伽 利 略 變 換 矛 盾 ， 按 伽 利 略 變換 ， 光 速 在 一 個(gè) 參 考 系 中 若 是 c， 在 另 一 參 考系 中 必 不 是 c。 提 出 問(wèn) 題 ： 電 磁 場(chǎng) 方 程 組

2、 在 哪 個(gè) 參 考 系 成 立 呢 ? 為 不 和 伽 利 略 變 換 矛 盾 ， 人 們 假 設(shè) ： 宇 宙中 充 滿 了 叫 “ 以 太 (ether)” 的 物 質(zhì) ， 電 磁 波 靠 “ 以 太 ” 傳 播 。 電 磁 場(chǎng) 方 程 組 只 在 “ 以 太 ” 參 考 系 成 立 ； 電 磁 波 在 “ 以 太 ” 參 考 系 中 速 率 各 向 為 c。 按 伽 利 略 變 換 ， 電 磁 波 相 對(duì) 于 其 他 參 考 系(如 地 球 )速 率 就 不 會(huì) 各 向 均 勻 ， 而 和 此 參 考系 相 對(duì) 于 “ 以 太 ” 的 速 度 有 關(guān) 。 19世 紀(jì) 末 ， 很 多 精

3、確 的 實(shí) 驗(yàn) 和 觀 察 (最 著 名的 是 Michelson-Morley實(shí) 驗(yàn) )都 得 出 完 全 否 定的 結(jié) 果 ， 在 任 何 參 考 系 中 測(cè) 得 的 光 在 真 空 中的 速 率 均 為 。 若 此 ， 如 在 地 球 上 測(cè) 光 速 ， 可 能 c或 c 還 是 電 磁 規(guī) 律 符 合 相 對(duì) 性 原 理 而 伽 利 略 變 換 該 修 正 ? 愛(ài) 因 斯 坦 (Einstein)深 入 分 析 了 此 問(wèn) 題 ， 于1905年 發(fā) 表 了 論 動(dòng) 體 的 電 動(dòng) 力 學(xué) 作 出了 對(duì) 整 個(gè) 物 理 學(xué) 都 有 變 革 意 義 的 回 答 。 是 伽 利 略 變 換

4、正 確 而 電 磁 規(guī) 律 不 符 合 相 對(duì) 性 原 理 ? 4-1 經(jīng) 典 力 學(xué) 的 時(shí) 空 觀一 、 絕 對(duì) 時(shí) 空 觀 1） 時(shí) 間 間 隔 的 測(cè) 量 是 絕 對(duì) 的 ， 即 兩 事 件 的時(shí) 間 間 隔 在 不 同 的 慣 性 系 中 是 相 同 的 , 稱 絕 對(duì)時(shí) 間 。 2） 空 間 間 隔 的 測(cè) 量 是 絕 對(duì) 的 ， 即 兩 事 件 的空 間 間 隔 在 不 同 的 慣 性 系 中 是 相 同 的 , 稱 絕 對(duì)空 間 。 二 、 伽 利 略 變 換設(shè) 系 相 對(duì) 于 系 以 勻 速 沿 軸 正 方 向 運(yùn) 動(dòng)S S u x0t t 時(shí)兩 坐 標(biāo) 系 原 點(diǎn) 重 合

5、則 t 時(shí) 刻 tt zz yy utxx tt zz yy utxx或 速 度 變 換 公 式 討 論 ： 伽 利 略 變 換 是 建 立 在 絕 對(duì) 時(shí) 空 觀 基 礎(chǔ) 上 的 。v vv vv vx xy yz z u v v v v v v x xy yz z u 或 將 兩 個(gè) 不 同 參 照 系 中 的 觀 察 值 放 在 一 起 相 加是 有 問(wèn) 題 的 ， 除 非 空 間 間 隔 在 不 同 的 慣 性 系 中是 相 同 的 ， 即 承 認(rèn) 絕 對(duì) 的 時(shí) 空 觀 三 、 力 學(xué) 的 相 對(duì) 性 原 理 力 學(xué) 的 所 有 規(guī) 律 在 任 意 的 慣 性 系 中 都是 相 同 的 。 或 者 說(shuō) ， 對(duì) 于 力 學(xué) 規(guī) 律 ， 所 有慣 性 系 都 是 平 等 的 。 例 ： 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 . zz aa yy aa xx aa 加 速 度 變 換aa amF amF