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狭义相对论基础
(SPECIAL RELATIVITY)
狭义相对论基础
(SPECIAL RELATIVITY)
在已经基本建成的科学大厦中，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。
但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云……
英国物理学家 · 开尔文 (1900年)
相对论：新的时空观，物质 = 能量
颠覆经典时空观，颠覆牛顿定律。
牛顿力学：宏观、低速。
量子力学：宏、微观均适用。
相对论：低、高速均适用
狭义：只涉及惯性系。
广义：涉及非惯性系。
狭义相对论
数学工具：洛仑兹时空变换，速度合成
表象：时间延缓和长度收缩
相对论动力学：动量质量和能量
底线：同时的相对性和因果律
本质：视角变换，不同角度看问题
一、相对论的基本原理和洛仑兹变换
牛顿力学的假设和伽利略变换
两个假设：
力学定律在所有惯性系中形式相同
质量和受力在所有惯性系中保持不变
推论：a在所有惯性系中保持不变
数学上：伽利略变换
1 伽利略变换：
正变换
逆变换
x
y
z
o
S
u
S'
y'
z'
x'
o'
速度变换与加速度变换
正
逆
两个都是惯性系
是恒量
在两个惯性系中
2、伽利略变换与绝对时空概念
得：
即：在S系和S’系中的观察者对任意两事件之间的时间间隔进行测量，测量结果与参照系无关。
在牛顿力学中，时间是绝对的。
同一根棒在不同参考系中的长度：
由伽利略变换得:
即:
在牛顿力学中，长度是绝对的。
3、牛顿相对性原理
在牛顿力学中
质量与运动无关
力与参照系无关
若S中
则S’中
适用于，宏观低速物体
牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变
S’系：
S系：
牛顿相对性原理
总结
在牛顿力学前提（或假设）
质量与运动无关
力与参照系无关
力学规律与参照系无关
在牛顿力学中，时间是绝对的。
在牛顿力学中，长度是绝对的。
在牛顿力学中，速度是相对的。
二、爱因斯坦相对性原理和光速不变原理：
1. 时代背景：
牛顿的绝对时空观遇到了问题：
迈克斯韦方程组预言电磁波，导出真空电磁波速
，光（电磁波）速不变
若 S 系的真空光速为 c，S' 系相对于 S 系以速度
u 运动，则 S‘ 系中观测到的真空光速为 c + u 或 c – u 。
但是，从麦克斯韦方程中得到的光速与参考系无关
我们都相对于此特殊参考系运动而不自知
在介质的海洋中随波逐流，误以为光速不变
既要满足牛顿伽利略，又要满足麦克斯韦
权宜之计：绝对参考系！
此特殊介质就是以太！
那么，我们该怎么办？
寻找以太的实验：迈克尔逊-莫雷实验

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