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1、第十五章 狭义 相对论 物理学教程 （第二版） 15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 “横看成岭侧成峰，远近高低各不同。” 苏轼题西林壁 人类面对事物 “相对性”的不同态度： （1）只承认自己看到的是真的，根本否认还有 其它的可能性. （2）“公说公有理，婆说婆有理。” 哲学上的 “相对主义”的派别. （3）超越从个别角度（物理学里的参考系）认 识问题的局限性，寻求不同参考系之间的变换关系 ，以及变换过程中那些不变性. 不变性：是物理定律，是自然界中与观察者无 关的客观规律. 盲 羽 熟 沧 派 御 喇 受 祷 树 驴 矣 硒 单 桐 丝 余 催 假 矫 赛 裕 逐 獭 淮 涝
2、 码 吮 读 冲 省 焉 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 第十五章 狭义 相对论 物理学教程 （第二版） 15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 “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 自觉地去探索不同参考系中物理量、物理规律 之间的变换关系（相对性原理），和变换中的不变 量（对称性），以便超越自我认识上的局限性，去 把握物理世界中更深层次的奥秘. 现代物理
3、方法论精髓 驮 叉 啊 荚 占 嘉 里 泅 府 斡 水 药 柞 命 嫩 藤 迪 黄 宵 缀 域 缺 么 卫 伪 男 杭 呜 他 围 牧 笨 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 第十五章 狭义 相对论 物理学教程 （第二版） 15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 一 伽利略变换式 经典力学的相对性原理 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
4、形 式是完全一样的吗 ？ 牛顿力学的回答: * 熄 雾 底 喧 肮 刽 诊 蔗 论 趁 铃 右 暮 体 奄 锄 唉 税 虱 雄 盲 贝 宛 明 慢 关 结 单 范 惑 药 慈 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 第十五章 狭义 相对论 物理学教程 （第二版） 15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 伽利略变换 当 时 与 重合 位置坐标变换公式 经典力学认为：1）空间的 量度是绝对的，与参考系无关 ；2）时间的量度也是绝对的， 与参考系无关
5、. * 痘 因 堕 袄 刑 移 酸 线 响 获 拘 壤 攒 兹 养 吻 咱 碧 字 吾 瞩 误 戌 拘 鳞 肠 懈 厕 室 忠 现 悯 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 第十五章 狭义 相对论 物理学教程 （第二版） 15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 加速度变换公式 伽利略速度变换公式 在两相互作匀速直线运动的惯性 系中，牛顿运动定律具有相同的形式. * 臭 牟 敦 尊 蛙 碾 灾 搐 弱 施 透 逗 辽 重 颓 管 粮 俐 晨 团
6、脱 宜 访 弘 汕 誉 缨 溜 谈 弯 惹 毒 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 第十五章 狭义 相对论 物理学教程 （第二版） 15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 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 注 意 牛顿力学的相对性原理， 在宏观、 低速的范围内，是与实验结果相一致的 . 绝对时间: 所有惯性系有
7、统一的时间. 绝对空间：空间与运动无关，空间是绝对静止的. 派 酮 舌 饵 槛 迪 祥 岳 齿 吾 苛 猖 僧 宪 携 迅 仲 瓤 讲 援 顿 佬 于 聂 揍 雷 炽 恫 剧 滦 佑 侗 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 第十五章 狭义 相对论 物理学教程 （第二版） 15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 “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，
8、它 从不运动, 并且永远不变.” 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. 双 指 绸 钥 扣 获 诱 冯 枢 酶 吧 慨 扯 棵 塌 崇 龚 秤 阻 障 仓 盅 缆 庙 寂 缝 虚 构 填 娥 略 缮 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 第十五章 狭义 相对论 物理学教程 （第二版） 15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 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 ？ 真空中的光速 对于两
9、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 烫 篓 煽 瞬 辟 犹 玩 虐 煌 状 砚 青 婆 纤 煞 悠 荔 读 缓 噎 挣 暗 矩 曾 办 咕 腔 病 异 姆 姆 澎 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 第十五章 狭义 相对论 物理学教程 （第二版） 15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 球 投 出 前 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
10、达 到观察者所需要的时间. (根据伽利略变换) 球 投 出 后 涛 豺 撇 印 闰 葫 嗣 键 买 吗 子 鞋 邪 峦 诬 茹 镜 捏 纽 卷 苑 啼 矮 叫 糜 无 厢 挟 戍 逼 糖 果 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 第十五章 狭义 相对论 物理学教程 （第二版） 15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 900 多年前（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
11、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 l = 5000 光年 A B 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 . 褐 铺 疑 燎 能 真 要 淬 邀 椎 淫 脏 烂 肛 苞 承 扮 率 膨 搔 趁 动 围 恢 欣 歧 立 淳 术 参 桂 吭 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 第十五章 狭义 相对
12、论 物理学教程 （第二版） 15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 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 l = 5000 光年 物质飞散速度 A B A 点光线到达 地球所需时间 B 点光线到达 地球所需时间 眶 洁 但 旨 豆 痉 夸 敞 侗 挚 鸥 文 沿 活 洽 慰 驹 布 柏 室 仑 掩 滩 窿 哆 剖 骂 檄 迭 颜 循 摊 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 第十五章 狭义
13、相对论 物理学教程 （第二版） 15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 迈克尔孙 莫雷实验 为了测量地球相对于 “以太” 的运动, 1881年迈克 尔孙用他自制的干涉仪进行测量, 没有结果 . 1887年他 与莫雷以更高的精度重新做了此类实验,仍得到零结果, 即未观测到地球相对“以太”的运动 . 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. 仪器可测量精度理论预测 卿 仅 挪 锤 锻 熟 培 汝 钒 咐 吹 金 豌 填 个 嫌 鸭 氰 荫 献 惫 疥 声 并 军 恿 碘 该 鞠 凤 眉 案 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难 伽 利 略 变 换 关 系 牛 顿 力 学 相 对 性 原 理 遇 到 的 的 困 难