第二十五講相對(duì)論基本原理，洛侖茲變換丁成祥安徽工業(yè)大學(xué)2012年-2013年第一學(xué)期相對(duì)論基本原理，洛侖茲變換

愛(ài)因斯坦的哲學(xué)觀念：自然界應(yīng)當(dāng)是和諧而簡(jiǎn)單的.

理論特色：出于簡(jiǎn)單而歸于深?yuàn)W.AlbertEinstein(1879－1955)20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家,于1905年和1915年先后創(chuàng)立了狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論,他于1905年提出了光量子假設(shè),為此他于1921年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),他還在量子理論方面作出很多重要的貢獻(xiàn).相對(duì)論基本原理，洛侖茲變換一狹義相對(duì)論的基本原理

（1）愛(ài)因斯坦相對(duì)性原理：物理定律在所有的慣性系中都具有相同的表達(dá)形式.

（2）光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑偈浅Ａ?，它與光源或觀察者的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，即不依賴于慣性系的選擇.

關(guān)鍵概念：相對(duì)性和不變性.

相對(duì)性原理是自然界的普遍規(guī)律.

所有的慣性參考系都是等價(jià)的.

伽利略變換與狹義相對(duì)論的基本原理不符.相對(duì)論基本原理

（1）愛(ài)因斯坦相對(duì)性原理：物理定律在所有的慣性系中都具有相同的表達(dá)形式.

早在伽利略時(shí)代科學(xué)家就知道：力學(xué)定律在所有慣性系中有等價(jià)的形式。

比如在勻速行駛的封閉車艙里中，你會(huì)感覺(jué)其中的一切運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象和地面上的一樣。你向前跳不會(huì)更遠(yuǎn)，向后跳不會(huì)更近…..沒(méi)有任何一個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌騾^(qū)分，是你在運(yùn)動(dòng)，還是地面在運(yùn)動(dòng)。愛(ài)因斯坦相對(duì)性原理比如：動(dòng)量守恒在靜止系中看在運(yùn)動(dòng)系中看：動(dòng)量守恒動(dòng)量依然守恒愛(ài)因斯坦相對(duì)性原理伽利略變換:伽利略變換表達(dá)了一種絕對(duì)時(shí)空觀，特別是絕對(duì)時(shí)間的觀念。即在所有參照系中，時(shí)間都是一樣的。時(shí)間對(duì)任何人、任何事物都絕對(duì)公平但在愛(ài)因斯坦的相對(duì)性原理中，并不要求一個(gè)絕對(duì)時(shí)間，按照相對(duì)論，同一事件在不同參照系中的時(shí)間可以不一樣。這是因?yàn)楣馑俨蛔冃砸鸬摹?ài)因斯坦相對(duì)性原理說(shuō)明同時(shí)具有相對(duì)性，時(shí)間的量度是相對(duì)的.

和光速不變緊密聯(lián)系在一起的是：在某一慣性系中同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在相對(duì)于此慣性系運(yùn)動(dòng)的另一慣性系中觀察，并不一定是同時(shí)發(fā)生的.同時(shí)是相對(duì)的

（2）光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑偈浅Ａ浚c光源或觀察者的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，即不依賴于慣性系的選擇.例：

光子相對(duì)于A的速度是c，相對(duì)于B的速度也是c,不是c+u!光速不變性光速不變?cè)淼尿?yàn)證：（“原理”只能被“驗(yàn)證”，不能被“證明”）例證：麥克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)光是電磁波，在剛剛認(rèn)識(shí)到電磁波的存在時(shí)，人們認(rèn)為電磁波和機(jī)械波類似，其傳播的介質(zhì)是“以太”（ether）；以太如果存在：則他必須無(wú)比堅(jiān)硬，因?yàn)樵绞菆?jiān)硬的物質(zhì)，傳播機(jī)械波的速度越大，又必須無(wú)比柔軟，因?yàn)槲覀兩钤谝蕴校荒苊黠@感受到它的存在；矛盾！光速不變性地球公轉(zhuǎn)

實(shí)驗(yàn)裝置的兩個(gè)“臂”相等，假設(shè)地球相對(duì)以太運(yùn)動(dòng)，則沿著兩個(gè)“臂”方向的光速是不一樣的，即有光程差，再把儀器轉(zhuǎn)過(guò)90度角，應(yīng)該會(huì)有光程差變化，進(jìn)而看到條紋變化；但實(shí)際并沒(méi)有看到！以太風(fēng)Michelson-Morley實(shí)驗(yàn)Michelson-Morley實(shí)驗(yàn)

愛(ài)因斯坦相對(duì)性原理和光速不變性導(dǎo)致了不同于伽利略變換的坐標(biāo)變換和速度變換公式，即：二洛倫茲變換式*

設(shè)：時(shí)，重合;事件P的時(shí)空坐標(biāo)如圖所示.洛侖茲變換正變換逆變換

光速在任何慣性系中均為同一常量，利用它將時(shí)間測(cè)量與距離測(cè)量聯(lián)系起來(lái).*洛侖茲變換（1）與成線性關(guān)系，但比例系數(shù).（2）時(shí)間和空間不獨(dú)立，和變換相互交叉.（3）時(shí)，洛倫茲變換伽利略變換。

洛倫茲變換特點(diǎn)

意義：基本的物理定律應(yīng)該在洛倫茲變換下保持不變.這種不變顯示出物理定律對(duì)慣性系的對(duì)稱性——相對(duì)論對(duì)稱性

.洛侖茲變換正變換例1：地面上有兩名短跑選手，甲的速度為10m/s，乙的速度為9m/s，進(jìn)行百米賽跑；天空有一宇宙飛船，速度為0.8c，那么：（1）當(dāng)甲到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，從地面看，甲跑了多少米？用了多少時(shí)間？乙跑了多少米？用了多少時(shí)間？（2）如果從宇宙飛船看，甲乙各自跑了多少米，用了多少時(shí)間？洛侖茲變換解：設(shè)地面為S系，飛船為S’系，則S’系的速度為u=0.8c,則：從地