4、实验结果：零结果
在不同季节，不同地理条件下做实验，没有观察到条 纹的移动。实验表明：
•相对以太的绝对运动是不存在的，以太不能作为绝对参考 系，以太假设不能采用； •地球上沿各个方向的光速都是相等的。 •迈克耳逊—莫雷实验一直被认为是狭义相对论的主要实验 支柱。
14－3 狭义相对论的基本原理 洛仑兹变换式
→伽利略变换式；
=v/c 1，所以v<<c。
3、推导
S系的坐标原点O，在S系中：x=0 在S '系中： x'= -vt'或x'+vt'=0
x=k(x'+vt')
S'系的坐标原点
x'=k'(x-vt)
相对性原理，这两个惯性系是等价的，
k=k' x'=k(x-vt) 对于y,z 的关系， y'=y
崭新的现代时空观，引起了物理学的一次大革命，把物 理学由经典物理带入了近代物理的相对论世界。
二、洛仑兹变换式 1、洛仑兹变换及其逆变换
s s' y
y' v
P(x, y, z,t)
* (x', y', z',t')
x x vt

y
y
z z
t


2、实验装置：
迈克尔逊干涉仪
3、实验原理：
M

2
G

M1
v
地球定沿GM1方向运动。若伽利略
变换成立，光沿GM1速度为c-v，光
沿M1G，速度c+v，光从G-M1-G所
需时间为
t1

l cv

c
l
v

c
2l 1 v2
/ c2
光沿GM2的速度和光沿M2G的 速度
c2 v2 1/2
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 .
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 .
物质飞散速度 v 1500km/s
A
c v
B
c l = 5000 光年
A 点光线到达 地球所需时间
tA

c
l
v
B 点光线到达 地球所需时间
tB

l c
理论计算观察到超新性爆发的强光的时间持续约
Dt tB tA 25年
实际持续时间约为 22 个月, 这怎么解释 ?
物质飞散速度 v 1500km/s
A
c v
•早期对布朗运动的研究 •狭义相对论的创建 •推动量子力学的发展 •建立了广义相对论
•1905年创建的狭义相对论 •1916年创建的广义相对论 •1921年获诺贝尔物理学奖金 •1906年用量子理论说明了固体热容 与温度的关系 •1912年用光量子概念建立了光化学 定律 •1916年提出自激发射和受激发射的 概念，为激光的出现奠定了理论基 础 •1924年提出了量子统计方法--玻色爱因斯坦统计法。爱因斯坦用广义 相对论研究整个宇宙的时空结构
低速的范围内，是与实验结果相一致 的.
实践已证明 , 绝对时空观是不正确的.
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
c 1 2.998 108 m/s
00
对于两个不同的 惯性参考系 , 光速满 足伽利略变换吗 ？
c' c v?
s
y
s'
y'
v c
a a
s
y
y
s'
y'
y'
v
*P(x, y, z)
vt
o
o'x
zz F

z'z'
ma
x'
( x', y', z')
x'
x
F

ma
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.
二、经典力学的相对性原理

S F m a
S F
m m
ma
1999年：英国<<物理世界>>杂志推出的千年刊评选有史以来 最杰出的十位物理学家：
1.爱因斯坦(美籍德国人，1921*)，2.牛顿(英国)，3.麦克斯 韦(英国), 4. 玻尔(丹麦，1922)， 5.海森伯(德国，1932)， 6.伽利略(意大利)，7.费因曼(美国，1965), 8.狄拉克(英 国，1933)，9.薛定谔(奥地利，1933), 10.卢瑟福(新西兰)
长江大学教学课件
大学物理学电子教案
狭义相对论的基本概念
14-1 伽俐略变换式 牛顿的绝对时空观 14-2 迈克尔逊－莫雷实验 14-3 狭义相对论的基本原理 14-4 狭义相对论的时空观
引言
物理学
经典物理 近代物理
力学 热学 电磁学 光学
相对论
量子论
经典物理学的辉煌成就 •经典力学 •热力学与统计力学 •光学 •电动力学
从经典物理学到近代物理过渡时期的重要实验事实
• 迈克尔逊——莫雷实验：否定了绝对参考系的存在； • 黑体辐射实验 • 光电效应 原子的线状光谱
强调 近代物理不是对经典理论的补充，而是全新的理论。 近代物理不是对经典理论的简单否定。
第十四章
相对论
•狭义相对论的基本原理
狭义相对论 (Special Relativity) 研究 : 惯性系中物理规律及其变换
x1'=x1-vt，x2'=x2-vt S系中测得l=x2-x1=(x2'+vt)-(x1'+vt)=x2'-x1'=l'
在彼此相对 运动的惯性 系中，测得 同一杆的长 度是相同的
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.
牛顿的绝对时空观
牛顿力学的相对性原理
注意
牛顿力学的相对性原理，在宏观、
在其它惯性系中也是同时发生的。
在S系中， t1=t2，
则由
t1'=t1，t2'=t2
' 得在S 系中 t1'= t2'
•时间间隔测量的绝对性：
在S系中，Dt=t2-t1，
则由
t1'=t1，t2'=t2
得在S'系中Dt'=t2'-t1'=t2-t1=Dt
2、空间（长度）：
•关于长度的定义及长度测量的说明：
光从G-M2-G所需时间为
光沿GM2 光沿M2G
M

2
G

M1
v
2l
2l
t2 c2 v2 1/2 c 1 v2 / c2 1/2
G点发出的两束光到达望远镜的时间差
Dt

t1

t2

c
2l 1 v2
/
/ c2
1/ 2

2l c
z'=z
讨论t'与t的变换关系
x kkx vt vt k 2 x vt kvt
1 k 2 x k 2vt kvt
t kt 1 k 2 x kv
一、狭义相对论的基本原理
1、相对性原理：
物理定律在所有的惯性系中都是相同的，即所有惯性系 对运动的描述都是等效的。
2、光速不变原理：
真空中的光速是常量，它与光源或观察者的的运动状态 无关，即不依赖于惯性系的选择。
说明：
一切物理规律
力学规律
1) 爱因斯坦的理论是牛顿理论的发展
2) 光速不变与伽利略的速度相加原理针锋相对
t

v c2
x
zo
o'
z'
1 1 2
x'
x


v c
x x vt

y y
z z
t

t
v c2
x
2、说明
•将正变换中的速度反号，并将带 撇的与不带撇的量相互交换，即 得到逆变换；
•当v<<c 时， → 0，洛仑兹变换
•狭义相对论的一些结论 揭示 : 时间、空间和运动的关系
•广义相对论简介
广义相对论(General Relativity)
研究:非惯性系中物理规律及其变 换
揭示 : 时间、空间和物质分布的关系
爱因斯坦 ( Albert Einstein, 1879—1955 )
20世纪最伟大的物理学 改革家，相对论的创始 人，主要科学业绩：
爱因斯坦: Einstein现代时空 的创始人，二十世纪的哥白尼
1895年(16岁)：追光假想实验(如果我以速 度c追随一条光线运动，那么我就应当看到， 这样一条光线就好象在空间里振荡着而停 滞不前的电磁场。可是无论是依据经验， 还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这 样的事情。从一开始，在我直觉地看来就 很清楚，从这样一个观察者来判断，一切 都应当象一个相对于地球是静止的观察者 所看到的那样按照同样一些定律进行。)
zz z'z'
*P(x, y, z)
( x', y', z')
x'
x
速度变换公式
s
y
y