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狭义相对论基础
狭义相对论基础
经典力学的相对原理和时空观
一. 经典力学的相对性原理
力学现象对所有惯性系，都遵循同样的规律
研究力学规律时，所有的惯性系都是等价的
静止
匀速
物块
两者的运动规律是相同的 合外力F=0
静止
匀速运动
以车子为参照系
以地球为参照系
两个参考系（约定系统）
重合时，
计时开始。
如图，S，S'相应坐标轴保持平行，X，X' 轴重合， S' 相对 S 以速度 u 沿轴作匀速直线运动。
伽利略相对性原理
事件：
t 时刻，物体到达 P 点
伽利略变换
伽利略相对性原理
变换分量式
速度变换
正变换
逆变换
伽利略相对性原理
加速度变换
正
逆
惯性系
在两个惯性系中
同一质点在两个不同惯性系中的加速度总是相同的。
伽利略相对性原理
速度变换
牛顿力学中：
相互作用是客观的，力与参考系无关。
质量的测量与运动无关。
据伽利略变换
伽利略相对性原理
伽利略相对性原理
宏观低速物体的力学规律在任何惯性系中形式相同
或 牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变
或 牛顿力学规律是伽利略不变式
如：动量守恒定律
伽利略相对性原理
据伽利略变换，可得到经典时空观
（1）同时的绝对性
在同一参照系中，两个事件同时发生
据伽利略变换，在另一参照系中，
在其他惯性系中，两个事件也一定同时发生。
同时的绝对性。
2.经典力学时空观
（2）时间间隔的测量是绝对的
在同一参照系中，两个事件先后发生，其间隔为
在其他惯性系中，两个事件的时间间隔不变。
时间间隔的绝对性。
据伽利略变换， 在另一参照系中，
（3）长度测量的绝对性
当杆的方向沿轴方向时，长度是杆的两端的坐标差，但必须同时测量。
静止系中可不同时测
经典力学时空观
运动系中同时测
运动系中不同时测
静止系中，杆的长度为
运动系中，杆的长度为
据伽利略变换
长度测量是绝对的。
§5-2 狭义相对论基本原理 洛仑兹坐标变换式
1.狭义相对论的基本原理
1) 电磁场方程组不服从伽利略变换
2) 光速c是常量——不论从哪个参考系中测量
迈克耳逊—莫雷（Michelson—Morleg）实验
以伽利略变换为基础来观测地球上各个方上光速的差异。由于地球自转，据伽利略变换，地球上各个方向上光速是不同的，在随地球公转的干涉仪中应可观测到条纹的移动。
迈克耳逊—莫雷实验没有观测到预期的条纹移动，称为零结果，说明光速不变。
牛顿力学的困难
爱因斯坦提出：
（1）一切物理规律在任何惯性系中形式相同
—— 相对性原理
（2）光在真空中的速度与发射体的运动状态无关
—— 光速不变原理
1) 爱因斯坦的理论是牛顿理论的发展
爱因斯坦相对论适用于一切物理规律。
牛顿理论适用于力学规律。
狭义相对论的基本原理
狭义相对论的基本原理
注意：

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