引言 15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
19世纪末，以牛顿力学（经典力学）、麦克斯韦电 磁场理论（经典电动力学）为代表的经典物理学发展到 了相当完善的程度，在实际应用中取得了空前的成功。
1900年著名的英国物理学家开尔文，这样展望着 二十世纪的物理学：“在物理学晴朗天空的远处，还 有两朵令人不安的乌云 ”。
1 x' 2
x'
x
x
t't
时间的测量是绝对的
伽利略相 对性原理
x' x vt 若沿 x轴放一细棒,求S和 S系中的长度
y' y
z' z
棒两端的坐标为: S(x1, x2 ), S (x1, x2 )
x1 x1 vt, x2 x2 vt
细棒长度: x2 x1 x2 x1 空间的测量是绝对的
迈克尔孙-莫 雷实验
黑体辐射 实验
建立了狭义相对论
建立了量子力学
相对论和量子论是现代科学的两大基石，没有它们， 就没有今天的文明。
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
迈克尔孙—莫雷实验（1881–1887） 当时认为光在“以太”中以速度c 传播
。 设“以太”相对太阳静止。
“还在学生时代，我就在想这个问题了。我 知道迈克尔孙实验的奇怪结果。我很快得出结 论：如果我们承认迈克尔孙的零结果是事实， 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。”
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
x
3. 加速度变换公式
a'x ax a'y ay
F
a
ma
a'v
F
伽利略相 对性原理
mav'
在两相互作匀速直线运动的惯性
a'z az 系中，牛顿运动定律具有相同的形式.
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
二 经典力学的基本观点 (1) 经典力学的绝对时空观 时间量度 空间量度 均与惯性系无关
地球公转
B
u
L2
c2 u2
S u
干涉条纹
实验目的：干涉仪 转90°，观测干涉条纹是 否移动？
预算条纹移动0.4条
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。
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
爱因斯坦对迈克尔孙－莫雷实验的评价：
（2）力学相对性原理 : 对于不同的惯性系，牛顿定
律具有相同的形式。
在S系中：
r F
mar
在S´系中：
r F
mar
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
三 新的问题
1865年麦克斯韦建立了完整的电磁理论，其重要
推论是存在电磁波。 对于不同的惯性系，电磁
规律的形式是一样的吗 ？
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
2. 伽利略速度变换公式
u'x ux
u'y uy
v
ur
=
ur
-
vr
u'z uz
质点的速度与惯性系有关
y y'
s s' v
vt
x'
o
z z
o' z'
x
z'
P(x, y, z,t)
* (x ', y ', z ',t)
x'
Albert Einstein ( 1879 – 1955 ) 美籍德国物理学家 主要贡献：
1）1905年，创立狭义相对论、提出光 量子创设；
2）1915年，建立广义相对论；
1921年获得诺贝尔物理学奖
爱因斯坦的哲学观念：自然 界应当是和谐而简单的.
理论特色：出于简单而归于深 奥.
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
一、伽利略变换式 经典力学的相对性原理
1. 伽利略时空坐标变换式
两惯性系 S, S
当 t t' 0 时,o 与 o重' 合
质点在某时刻运动到P点
y y'
s s' o
zz
vt o' z'z'
v P*(x(x',,yy',,zz',,tt))
15-1伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 第15章狭义相对论
教学要求
1.了解狭义相对论的产生背景，理解其基本原理，理 解经典力学时空观和狭义相对论时空观及二者的关系. 2.掌握洛仑兹变换，理解同时的相对性、长度收缩、 时间膨胀的概念,并能用以分析计算有关的简单问题. 3.理解质量和能量的关系.
真空中的电磁波(光)波速
c 1 2.998 108 m/s
00
对于不同的惯性系, 光速
y
s
s'
y'
v
c
o o'
x'
x
z z'
c ' c v? 演示
满足伽利略变换吗 ？
根据伽利略变换，电磁规 律不满足相对性原理。
伽利略变换
相对性原理 不和谐 电磁规律