真空中光速与参考系无关（即与光源的运动 和观察者的运动无关），不服从伽利略变换。
1983年国际规定：真空中的光速为物理常数
c29 79 9 42 5 m 8 1s
1m是光在真空中1/299792458秒内所经过的 距离。（长度测量方法）
小车上的人
观察到小球 作自由落体
v
运动
分别求：以车为参考及以地面为参考两种情况下 小球的加速度。
l
结论：
在相对运动方向上，一个参照系中 测得的长度与另一个参照系中测得的 长度不同，相对静止参考系中测得的 长度长。
一观察者测得运动着的米尺长0.5m， 问此尺以多大的速度接近观察者？
解：由长度收缩公式：
l =l0 1
v2 c2
v =c
1
l l
2
2 0
=
c
1 0.5 2 =0.08c
=2.6×108 m/s
两种惯性参考下，牛顿第二定律,匀变速运动规律 都成立
爱因斯坦《论动体的电动力学》1905
相对性原理：
物理规律（包括力学规律）在一切惯性参考 系中都具有相同的形式，即对物理规律来说， 一切惯性系都是平等的。不存在任何一个特殊 的惯性系，例如绝对静止的惯性系。
结论：
在一个参照系中测得同时发生的两 个事件，在另一个参照系中测得的未 必同时发生，相对论中同时只有相对 的意义。
1971年，美国空军用两组Cs（铯）原子钟做实验。 发现绕地球一周的运动钟变慢了203±10ns，而按广义 相对论预言运动钟变慢184 ± 23 ns，在误差范围内理 论值和实验值一致，验证了孪生子效应。
一、相对论的速度变换公式
v
u
车对地的速度为v，人对车的速度为u/
地面上的人看到车上 人相对地面的速度为：
【例】长度为5m的飞船，相对地面的速度为 913 0m-1s，在地面测量飞船长度（测长）为
l5 1(9103/3108)2 m
4.999999m998 长度收缩效应也很难测出。
求有关问题时—先确定哪个是测长 ，再找原长。
【例】孪生子佯谬和孪生子效应
1961年，美国斯坦福大学的海尔弗利克在分析大 量实验数据的基础上提出，寿命可以用细胞分裂的次 数乘以分裂的周期来推算。对于人来说细胞分裂的次 数大约为50次，而分裂的周期大约是2.4年，照此计 算，人的寿命应为120岁。因此，用细胞分裂的周期 可以代表生命过程的节奏。
“还在学生时代，我就在想这个问题了。 我知道迈克耳逊实验的奇怪结果。我很快得 出结论：如果我们承认麦克尔逊的零结果是 事实，那么地球相对以太运动的想法就是错 误的。这是引导我走向狭义相对论的最早的 想法。”
光速不变理论依据 电磁学理论给出真空中电磁波的传播速度为
c1 00
其中 0 和 0 都是与参考系无关的常数。
体验经典理论对光速的理解
若车上的人持一个手电筒，沿车运动反方向 射出一束光，车上及路边的人观测到的光速各是 多大？
光速不变的实验证据 1、Michelson-Morlay 实验（1881–1887）
当时认为光在“以太”（ether）中以速度c 传播设。“以太”相对太阳静止。
实验目的：干涉仪转 90° ， 观 测 干 涉 条 纹 是 否移动？
练习：P106练习1、2
体验同时的相对性
由光速不变原理便 得到不同的时间间隔
高速运行的列车上，由车厢底部发出的闪光，对 于车上的人来说，闪光是在竖直方向反射的，而车 厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的．
h
对于车厢内的人：
t0
2h c
对于车厢外的人： t
4h2 c2 v2
t t0 1 v 2 c
u
u v
1
u v c2
u
u v
1
u v c2
如果车上人运动方向与115思考与讨论
E=mc2
m
m0
1
v2 c2
三、质能方程
物体的能量和质量之间 存在密切的联系，他们的关 系是：
Emc2
这就是著名的爱因斯坦质能方程
质能方程表达了物体的质量和它所具有的 能量之间的关系.
结论：
对不同参考系，同一过程所用时间 的测量结果是不同的，相对静止系中 测得的时间最短。
体验长度的相对性
请计算以车为参考及以地面为参考两种情况下， 对同一物体长度测量结果之间的关系。
v
t 2l0 c
tc lvc lv2 cl1v1 2/c2
l0
t t'
v
1v2 /c2
ll0 1v2/c2
问题的关键是，时间延缓效应是狭义相对论的结果 ，它要求飞船和地球同为惯性系。要想保持飞船和地 球同为惯性系，哥哥和弟弟就只能永别，不可能面对 面地比较谁年轻。这就是通常所说的孪生子佯谬（ twin paradox）。
如果飞船返回地球则在往返过程中有加速度，飞船 就不是惯性系了。这一问题的严格求解要用到广义相 对论，计算结果是，兄弟相见时哥哥比弟弟年轻。这 种现象，被称为孪生子效应。
E k EE 0
物体的动能
运动时的能量
静止时的能量
m
m0
1
v
2
c
Emc2
Ek
1 2
m0v2
在v ＜ ＜ c时的一种近似
这就是动能表达式．
具体推导过程如下：
实验结果：条纹无移动 (零结果)。以太不存在 ，光速与参考系无关。
按照伽利略速度变换
tPAPcL 1ucL 1uc(12u L12c2)
v c2u2
tPBP
2L2 c2u2 c
2L2 1u2 c2
ttPBP tPAP2 c
L2 L 1 1u2c2 1u2c2
干涉仪转90°后 ，时间间隔变成
ttPB P tPA P 2 c 1u L 2 2c21L u 12c2
设想有一对孪生兄弟，哥哥告别弟弟乘宇宙飞船去 太空旅行。在各自的参考系中，哥哥和弟弟的细胞分 裂周期都是2.4年。但由于时间延缓效应，在地球上的 弟弟看来，飞船上的哥哥的细胞分裂周期要比2.4年长 ，他认为哥哥比自己年轻。而飞船上的哥哥认为弟弟 的细胞分裂周期也变长，弟弟也比自己年轻。
假如飞船返回地球兄弟相见，到底谁年轻就成了难 以回答的问题。
干涉仪转90°引起时间差的变化为
ttL1L2 c
u2 c2
由干涉理论，时间差的变化引起的移动条纹数
Nc(tt)L 1 L2u c2 2
对于 L 1L 22m 2u ,3 14m 0s,589nm
N0.40
但实验值为 N0 ，这表明以太不存在，光速
与参考系无关。
爱因斯坦对麦克尔逊－莫雷实验的评价：