逆变换
x x '+ut ' y y ' z z ' t t '
结论：
a在r 两个ar惯'性系中
速度变换 加速度变换
vx ' vx u ax ' ax
vy ' vy
ay 'ay
vz ' vz
az 'az
力学相对性原理
力学现象对一切惯性系来说都具有相同的形式
牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变
S系
r ：F
同一时刻的位置之间的距离
结论：原长最长
l l0
1 (v /c )2
Lorentz变换的结论
时间膨胀 在某惯性系中，同一地点先后发生的两个事件的时间间隔，与
在另一惯性系中观察（为发生在两个地点的两个事件）的时间间 隔的关系.
=0=
结论：原时最短
0 1 2
Lorentz变换的结论
双生子佯谬(twin paradox) 阿呆和阿瓜是双胞胎,阿呆坐宇宙飞船以接近光
x
引入: u c
1 1 2
Lorentz变换的结论
同时的相对性 在 S’ 系中不同地点同时发生的两事件，在 S 系中这两个事件不
是同时发生的. 在 S’ 系中相同地点同时发生的两事件，在 S 系中这两个事件还
是同时发生的. 低速空间“同时性”与参照系无关!
长度缩短效应 方法：在某一参照系中测棒的长度棒，就要测量它的两端点在
t
每个“现在/这里”的时空
点都有一个光锥,这个时空点
可能受到所有下方光锥内时空
y 点(“过去”)时空点的影响,而
这个“现在”的时空点也可能
影响所有在上方的光锥内的时
x
空点(“未来”). 在光锥外的时空点(“其他地
相对论与量子论 Relativity & Quantum
Theory
经典物理学的成就
经典物理学的成就
1875年，德国基尔有一位名叫马克斯· 普朗克的年轻人犹豫不决，不知道这辈子 究竟是该从事数学还是该从事物理学。人 们由衷地劝他不要选择物理学，因为物理 学的重大问题都已得到解决。他们斩钉截 铁地告诉他，下个世纪将是个巩固和提高 的世纪，不是个革命的世纪。
经典物理学的困难
经பைடு நூலகம்物理学的困难
爱因斯坦1905年的狭义相 对论论文.
狭义相对论 及其基本结论
Galilean相对性原理
Galilean相对性原理 The laws of mechanics must be the same in all inertial frames of reference.
以后物理学家的工作就是把一些数据小 数点后面多添加几位。
经典物理学的成就
经典物理学的成就 牛顿力学——支配天体和力学对象的运动； 杨氏双缝实验——确定了光的波动性； Maxwell方程组的建立——把光和电磁现象建立在牢固的基 础上； 统计力学的建立——将个体规律与集体规律联系在一起.
乐观情绪笼罩整个物理学界 Laplace 拉普拉斯(1749-1827，法国天文学家、数学家): 给定了方程和初始条件，宇宙的一切都是可以预测的.
对称性
Lorentz变换(transformation)
Lorentz变换(transformation)
前提条件：OO’重合时，t=t’=0, 时钟校对好 空间P点在S系中t时刻发生物理事件 ？？为什么把问题弄复杂了？
Lorentz变换
x x ut
y y z z
t
t
u c2
这两朵著名的乌云，分别指的是经典物理在光以太和麦克斯韦－ 玻尔兹曼能量均分学说上遇到的难题，也就是指在迈克尔逊－莫 雷实验和黑体辐射研究中的困境。
经典物理学的困难—两朵乌云
经典物理学的困难 Michelson–Morley实验否定了“以太”的存在. 黑体辐射的实验结果与基于经典统计理论中能量均分假说导 致的结论不相符合. 一旦深入到分子、原子领域，一些实验事实和经典理论发生 矛盾或无法理解。 为什么原子不坍塌； 光谱线为什么是分立的； 钠蒸汽为什么会发射黄光，即有标志谱线； 重核会发生α衰变… …
麦克斯韦方程组不服从伽利略变换 爱因斯坦的狭义相对论基本假设
相对性原理 一切物理规律在任何惯性系中形式相同.
光速不变原理: 在任何惯性系中，光在真空中的速率都相同.
Einstein 的相对性原理是力学相对性原理的发展
一切物理规律
力学规律
Lorentz变换(transformation)
为什么是线性关系?
其中每个点称为世界点 两个世界点之间的距离称为时空间隔
四维时空d正s 2交变(换c称dt为)2广义dLoxre2ntz变dy换2，改d变z时2 间间隔和空间
间隔，但是不改变时空间隔.
ds 2 0 time-like ds 2 0 light-like ds 2 0 space-like
时空图与因果关系
Galilean变换
问题 同样的现象对于不同的观察者会如何表现？ 同样的现象在不同的坐标系中如何描述？
原则 物理规律与参照系无关. Physics independent of coordinates.
rr
rr
'
r ro
o
'
Galilean变换
正变换
x ' x ut y 'y z 'z t 't
速到太空旅行,多年后回地球,却赫然发现阿瓜比自 己年老许多,可是根据狭义相对论,阿瓜也应该发现 阿呆比自己老许多,究竟出了什么问题?
解答 阿呆所处的参考系不是惯性参考系！ 否则，阿呆回不来！ 1971年铯原子钟模拟实验完成，证实了广义相对 论效应.
时空图与因果关系
以(x, y, z, ct)为四个坐标轴，构成四维时空.
经典物理学的困难—两朵乌云
经典物理学的困难
１９００年４月２７日，伦敦的皇家研究所，举行了一场重要的 科学报告会。开尔文男爵的演讲《在热和光动力理论上空的１９ 世纪乌云》。７６岁的开尔文爵士以其特有的爱尔兰口音激动地 作着结论：
“动力学理论断言，热和光都是运动的方式。但现在这一理论的 优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了……”
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r 经典力S学'的系绝：对时F空观', m
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对于不同空间地点不同时刻发生的事件
r 2 rr2 rr1 2 rr '2 rr '1 2 r '2 r 2 r '2
t t 2 t1 t '2 t '1 t '
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狭义相对论的基本假设