本节小结： 牛顿力学的基本观点（基本假设）： ➢力学相对性原理（牛顿相对性原理）; ➢牛顿的绝对时空观（概念）；
➢伽利略变换；
三者之间互相依赖、互为前提： ➢绝对时空概念是伽利略变换的基础。 ➢伽利略变换保证了力学相对性原理的实现—— 经典力学规律在不同惯性系中具有相同的形式。
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牛顿的绝对时空观（概念） 事件所经历的时间间隔与参照系的选择无关； 空间两点间的距离与参照系的选择无关； 时间与空间之间没有任何联系。
牛顿说：“绝对的、真正的和数学的时间自身
在流逝着，而且由于其本性，在均匀地、与任何其 他外界事物无关地流逝着”；
“绝对空间就其本质而言，是与任何外界事物 无关、而且是永远相同和不动的。”——绝对时空 观 absolute space-time view
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近代物理学 现代科学技术的两块理论基石
量子力学 揭示了微观世界的基本规律，使人们对自然
界的认识产生了一个飞跃，为原子物理、固体 物理和粒子物理学的发展奠定了理论基础。
相对论给出了高速运动物体的力学规律，建立
了新的时空观，揭露了质量和能量的内在联系。
相对论已成为现代物理学及现代工程技术不可
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•只要运动是匀速的，你就无法从其中任何一个
现象来确定船是在运动还是停着不动．
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★ 你跳向船尾也不会比跳向船头来得远, 虽然你跳在 空中时, 脚下的船底板向着你跳的反方向移动.
★水滴将象 先前一样, 滴进下面的 罐子,一滴也 不会滴向船 尾, 虽然水 滴在空中时, 船已行驶了 相当距离.
1 牛顿相对性原理和伽利略变换
牛顿力学的基本观点（基本假设）可归纳为以下几点： 力学相对性原理（牛顿相对性原理、伽利略不变性） 在研究力学规律时，一切惯性系都是等价的。
即在所有惯性系中： •经典力学的基本方程都具有相同的数学形式； •同一力学现象将按同样的形势发生和演变； •任何力学实验都不能确定该惯性系是静止的还 是作匀速直线运动；
4、牛顿定律具有伽利略变换不变性
惯性系S
惯性系 S
Fma
F m a
Fma Fma
力与参考系无关
在牛顿力学中
质量与运动无关
加速度具有伽利略 变换下的不变性
F F
m m
a a'
牛顿力学规律（包括动量守恒定律、机械能 守恒定律等）在伽利略变换下形式不变。
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1905年创建的狭义相对论和1916年创建的广义 相对论是爱因斯坦的最重要的科学研究成果，而 1921年的诺贝尔物理学奖则是由于他提出了光的量 子概念和发现了光电效应定律而获得的。
➢相对论“奇妙”的现象：
长度、时间、质量与参考系有关
“同时” 是相对的 运动时钟变慢 运动的尺变短 质量与速度有关
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2 爱因斯坦相对性原理和光速不变性
狭义相对论产生的背景 经典物理的成就 经典物理：伽利略时期～19世纪末 经过300年发展，到达全盛的“黄金时代”
形成三大理论体系 1. 机械运动: 以牛顿定律和万有引力定律为基础的
经典力学。 2. 电磁运动: 以麦克斯韦方程组为基础的经典电磁学。 3. 热运动：以热力学三定律为基础的热力学宏观理论、
质量与能量不可分
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第一章 狭义相对论基础
1 牛顿相对性原理和伽利略变换 2 爱因斯坦相对性原理和光速不变性 3 同时性的相对性和时间延缓 4 长度收缩 5 相对论质量 6 相对论动能 7 相对论能量
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伽利略变换
(Galilean transformation)
t t
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3、速度变换与加速度变换 两个都是惯性系，u 是恒量
x x ut y y z z t t
v x' v x u
v
' y
vy
v
' z
vz
a x a x a y a y a z a z
显然，绝对时空观符合人们日常的经验和习惯。
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伽利略变换(Galilean transformation)
在两个惯性系中考察同一物理事件
1 、 坐标系的建立
设惯性系s 相对惯性系S 以速度u 作匀速直线运动
当 t t0时两坐
标系的原点O 与o
y
y'
缺少的理论基础。
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他象征了人类的智慧， 他给了人类财富。
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爱因斯坦( A. Einstein )
爱因斯坦对于科学事业的伟大贡献是多方面 的。他的科学业绩主要包括四个方面：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。
x x u t y y z z t t
v x v x' u
vy
v
' y
vz
v
' z
a x a x a y a y a z a z
在两个不同的惯性系中 a a
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结论：自不同的惯性系，所观测到的同一质点运动的加速度是
相同的，即物体的加速度具有伽利略变换下的不变性。
u
相重合。
o
o'
x'
x
S系 S ' 系
Z
z'
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2、实际观测
t 时刻在P点发 生任一事件
y
y'
o
o'
x'
u
P
(x, y ,z ,t )
x,y,z,t x
S系 S ' 系
Z
z'
x x ut
正
变y y 换z z
t t
x x u t
逆 变
y
y
换 z z
分子热运动为基础的统计物理学微观理论。
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物理学家感到自豪而满足，两个事例： 在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只
要做一些零碎的修补工作就行了。也就是在测量数据 的小数点后面添加几位有效数字而已。
——开尔芬（1899年除夕） 理论物理实际上已经完成了，所有的微分方程 都已经解出，青年人不值得选择一种将来不会有任 何发展的事去做。