u
在火车上
A、B 分别放置光信号接收器
t t 0
M 中点
放置光信号发生器
M
发一光信号
t t 0 M 发一光信号
事件1
S
S
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A 接收到闪光
B 接收到闪光
事件2
A M B
S ？ S ？
u
研究的问题
两事件发生的时间间隔
S
M 发出的闪光 光速为
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这就是说, 力学规律(牛顿运动定律)对一切惯性 系来说,都具有相同的形式;或者说, 在研究力学规 律时，一切惯性系都是等价的。力学规律(牛顿运 动定律)在伽利略变换下的这种不变性，叫做力学 相对性原理，或伽利略相对性原理。 车运动还
是静止 ？
F ma ma F S S
t1 L（ / u c） t2 L / c
显然有：
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投球手投球动作发出的光到达旁观者眼中需要的时间为：
t 〈 1 t2
表示旁观者先看到球而后看到投球手投球的 动作--------因果颠倒！ 其根本原因是我们认为所有的速度都满足伽利略速 度叠加原理。 4. 迈克耳孙-莫雷实验
§3.2 狭义相对论的基本假设 时空相对性
2 2 2 2 2 2
2
2
2
2 2
( x2 ut x1 ut ) ( y2 y1 ) ( z2 z1 ) ( x2 x1 ) ( y2 y1 ) ( z2 z1 ) l
2
结论：空间两点距离是一个不变量，与参照系 的选择和观察者的运动无关。
所以：在经典力学中，长度、时间及质量都
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和运动无关，是一个不变量。
绝对时空观
3.伽利略变换的困难
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光速满足叠加原理导致的一个因果颠倒的佯谬。
L 设球速为u，投球手与接球手距离为L。如果光 速满足叠加原理，试分析旁观者会看到什么情况。
解：相对旁观者，球发出的光速为 u+c ，投球手投 球动作发出的光速为 c 。球发出的光到达旁观者眼中 需要的时间为：
S
.
快
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u
S
弟 a. e f 弟 0
S
慢 x
x
哥哥看弟弟手中的花寿命长
结论：对本惯性系做相对运动的钟 （或事物经历的过程）变慢。
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讨论
运动时钟变慢效应是时间本身的客观特征
原时是绝对的，运动时是相对的；
③ 几点结论 1) 对于所有的参照系,原时最短;
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2) 两地时总是大于原时;
1、 光速不变原理 在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率为 C
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1905年，A.Einstein首次提出了狭义相对论的两个假设
c 299 792 458 m/s
说明
• 光速不随观察者的运动而变化 • 光速不随光源的运动而变化 2、 狭义相对性原理 一切物理规律在所有惯性系中具有相同的形式 所有惯性系都完全处于平等地位。
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事件 1 :车厢后壁接收器接收到光信号. 事件 2 :车厢前壁接收器接收到光信号.
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（2） 时间间隔的相对性-----时间延缓与动钟变慢
① 原时 Proper time
一个物理过程用相对于它静止的惯性系上的标准 时钟测量到的时间，称为 固有时间（原时）。用 表示。

② 观察时间（两地时）
从烟囱里爬出来该不该洗澡
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小爱因斯坦日后之所以能取得辉煌成就，与他的家 庭是分不开的。他生长在无忧无虑的家庭环境中，父母 对他是十分宽容的。他的父母在他的成长道路上所扮演 的就是保护他的气质与性格免受不良因素的影响。当爱 因斯坦的“天才”还没有发挥出来，还显得很笨拙的时 候，他的母亲很着急，担心自己的孩子将来一无所成， 而他的父亲则说道：“不用把此放在心上，孩子只是不 能适应学校的规则，及学校机械的教学罢了。等他长大 了，了解了周围的一切后，就可以顺利适应了。”父母 没有将他视为“弱智儿”，没有因为功课不好、被学校 开除而责打他，而是给他一个很宽松的环境，循循善诱 地帮助他成长与发展。
c
同时接收到光信号
AM BM A
事件1、事件2
B
同时发生
S系中的观察者又
如何看呢？
S
S
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M 处闪光 光速也为 c
A B 随 S 运动 A 迎着光 比 B 早接收到光
事件1、事件2 不同时发生
A M B
u
事件1先发生
同时性的相对性是光速不变原理的直接结果
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希尔伯特：
没有比专利局对爱因斯坦更适合的工作单位了！
专利局工作特点：宽容、空闲 爱因斯坦高度评价阿劳中学： “这个中学用她的自由精神和那些不仗外界权 势的教师的淳朴热情，培养了我的独立精神和创造精 神。正是阿劳中学成为了孕育相对论的土壤。”
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爱因斯坦的相对论对一般人来说很抽象，有几个 充满求知欲的青年学生跑来请教他：“爱因斯坦先生， 什么是相对论啊？” 爱因斯坦风趣地说：“你在一个漂亮姑娘旁边坐了 两个小时，却觉得只过了五分钟；你紧挨着一个熊熊燃 烧的火炉只坐了五分钟，却觉得过了一个小时。这就是 相对论。” 任何事情都是相对的，当人在愉悦的氛围中时，就 会觉得时间过得很快，而在煎熬中时，当然会觉得时间 过得很慢了。不过，爱因斯坦的相对论说的是物理，而 这里说的是人的心理。
说话晚，说话少，喜欢独立思考，狂热研究喜欢的东西，爱 提问题，且问题稀奇古怪，不理会别人看法，喜欢看书 犹太人，无神论者不信上帝，功课一般且经常问 老师答不出来的问题！
学校教育太呆板，把学生都束缚死了， 我属于少数没被束缚死的人之一！
爱因斯坦生平简介
1902—1909 初期科研：1902—1904 平淡度过 伯尔尼发明专利局 每年一两篇论文
电磁学
热学
黑体辐射——量子论1900 普朗克 迈克耳孙试验——相对论1905爱因斯坦 同年，爱因斯坦把量子说发展成光量子理论
爱因斯坦生平简介
1879年3月14号 小学、中学（退学） 1895—1896 1896—1900 1900—1902
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诞生于德国乌尔姆 德国慕尼黑 瑞士阿劳中学 复读 苏黎世工业大学 艰辛求职（四处碰壁）
大学物理 物理学
第三章 宏观高速质点运动学
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爱因斯坦 （1879-1955） 20世纪最伟大的物 理学家, 1905年、1915 年先后创立狭义和广义 相对论, 1905年提出了 光量子假设, 1921年获 得诺贝尔物理学奖, 还 在量子理论方面有重要 贡献 .
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爱因斯坦
与物理学的革命 相对论和量子论 爱因斯坦的哲学观 念：自然界应当是和谐 而简单的.
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爱因斯坦的相对论分为狭义相对论和广义相对 论。前者分析时空的相对性,建立高速运动力学;后 者论述弯曲时空和引力理论。 本章仅限于介绍狭义相对论的内容。 狭义相对论讨论的主要问题是：时空观，即 讨论时间、空间及物质运动之间的关系。 学习本章的正确态度 1) 超越自我认识的局限 2) 自觉摆脱经验的束缚 --以事实为依据
理论特色：出于简 单而归于深奥.
19世纪末物理学界的两朵乌云
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1900年4月27号，英国皇家学会迎接新世纪庆祝会上，当时 的物理学权威开尔文勋爵说： “物理学的大厦已经建成！未来的物理学家只需要做些修修补补 的工作就行了！但是，明朗的天空还有两朵乌云：一朵与黑体辐 射（原话为固体比热）有关（量子论），另一朵与迈克耳孙试验 有关（相对论）。” 牛顿力学完美建立——拉格朗日分析力学 牛顿光学——波动光学
X， S d
ut
d 2 ( u t 2 ) 2 1 1 u2 / c 2 ( 2d / c )
1 u2 / c 2 t t 1 u2 / c 2
L X
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S
S
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u
弟 a. e f 弟 0
.
x1
x
, t1 ) 花开事件： ( x1
x
S 系：x x1 处发生两个事件：
(2)时间间隔是绝对的, 与运动无关的 由伽利略坐标变换 所以：
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t t
t t
这表明, 在经典力学中认为时间间隔的测量和运动 无关,是一个不变量。
在经典力学中认为：同时性是绝对的
这就是说，同时性、时间间隔和空间距离都是 绝对的，与参考系的选择无关。而且，时间和空间 是彼此独立的、互不相关的，并且独立于物质和运 动之外。 经典力学认为质量是和运动无关的常量。
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1905年5篇文章 丰收年！ 3月 解释光电效应—光子说（6月发表） 4月 博士论文—测定分子大小的新方法 5月 解释布朗运动（7月发表） 6月 “论运动物体的电动力学”—狭义相对论（9月发表） 9月 E mc2 （11月发表）
牛顿 剑桥毕业留校 23—25岁 牛顿的“丰收年” 三定律、微积分、光学
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一位法国物理学家曾经这样评价爱因斯坦：
“在我们这一时代的物理学家中，爱因斯坦将位
于最前列。他现在是、将来也还是人类宇宙中最
有光辉的巨星之一”， “按照我的看法，他也许比牛顿更伟大，因为他 对于科学的贡献，更加深入地进入了人类思想基 本要领的结构中。”
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第一节 经典力学的困难
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1、 光速不变原理 在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率为 C
1964-1966年，欧洲核子中心直接验证了光速不变 原理：以0.99975c高速飞行的0 介子，在飞行中辐射 光子0 + 。沿0 运动方向测得的光子运动速度， 与用静止辐射源测得的光子速度极其一致，都是c！
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