东南大学：《大学物理学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第十四章 相对论（14.3）狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式

物理学 14-3狭义相对论的基本原理洛伦兹变换式 第五版 爱因斯垣 Albert Einstein(1879-1955) 20世纪最伟大的物理学家 之一,1905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,为此1921 年获得诺贝尔物理学奖,还 在量子理论方面有重要贡献 爱因斯坦的哲学观念:自然界应当是和谐而简单的 理论特色:出于简单而归于深奥 Einstein's philosophy: The natural world should be harmonious simple Theoretical features: For simple attributed to profound. 第十四章相对论 1/9

第十四章 相对论 物理学 14-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 第五版 1/9 爱因斯坦 Albert Einstein (1879 – 1955) 20世纪最伟大的物理学家 之一,1905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,为此1921 年获得诺贝尔物理学奖, 还 在量子理论方面有重要贡献 . 爱因斯坦的哲学观念:自然界应当是和谐而简单的 理论特色：出于简单而归于深奥. Einstein's philosophy: The natural world should be harmonious & simple Theoretical features: For simple & attributed to profound

物理学 14-3狭义相对论的基本原理洛伦兹变换式 第五版 狭义相对论的基本原理 CThe basic principle of special relativity 1相对性原理( Principle of special relativity) 物理定律在所有惯性系中都具有相同的表达形式 Laws ofphysics in all inertial reference frame both have the same forms of expression 2光速不变原理( Principle of constancy of light speed 真空中的光速是常量沿各个方向都等于c与光源或 观测者的运动状态无关,即不依赖于惯性系的选择 Speed of light in vacuum is constant, along all directions are equal to c, with the light source or observer status ofthe sport has nothing to do, that is not dependent on the choice of inertial system 第十四章相对论 2/9

第十四章 相对论 物理学 14-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 第五版 2/9 真空中的光速是常量,沿各个方向都等于c,与光源或 观测者的运动状态无关,即不依赖于惯性系的选择. 1 相对性原理( Principle of special relativity) 物理定律在所有惯性系中都具有相同的表达形式. 2 光速不变原理(Principle of constancy of light speed) 一 狭义相对论的基本原理 (The basic principle of special relativity) Laws of physics in all inertial reference frame both have the same forms of expression Speed of light in vacuum is constant, along all directions are equal to c, with the light source or observer status of the sport has nothing to do, that is not dependent on the choice of inertial system

物理学 14-3狭义相对论的基本原理洛伦兹变换式 第五版 这两条基本原理是狭义相对论的基础 关键概念:相对性和不变性 相对性原理是自然界的普遍规律 ◆所有的惯性参考系都是等价的. 伽利略变换与狭义相对论的基本原理不符. ◆狭义相对论的基本原理与实验事实相符合 第十四章相对论 3/9

第十四章 相对论 物理学 14-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 第五版 3/9 关键概念：相对性和不变性 . 伽利略变换与狭义相对论的基本原理不符. 狭义相对论的基本原理与实验事实相符合. 这两条基本原理是狭义相对论的基础. 相对性原理是自然界的普遍规律. 所有的惯性参考系都是等价的

物理学 14-3狭义相对论的基本原理洛伦兹变换式 第五版 洛伦兹变换式( Lorentz tranformation) 符合相对论理论的时空变换关系. he relationship of transform of time space consistent with the theory ofrelativity theory 1洛伦兹坐标变换式( Lorentz coordinate transformation) 设t=t=0时,O、O重合;事件P的时空坐标如图所示 x- vt =y(x-O1) P(x,y,=,t) B SS (x,y),2 O x =r(t B=v B 第十四章相对论 4/9

第十四章 相对论 物理学 14-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 第五版 4/9  = v c 2  =1 1−  二 洛伦兹变换式（Lorentz tranformation） z z' y' x x' y v  o o' s s' * (x' , y' ,z' ,t') P(x, y,z,t) 2 2 2 2 ( ) 1 ( ) 1 x t x x t y y z z t x c t t x c      −  = = −  −    =    =   −   = = −   − v v v v 设t =t’ =0 时,O、O’重合; 事件P的时空坐标如图所示 . 符合相对论理论的时空变换关系． 1 洛伦兹坐标变换式(Lorentz coordinate transformation) The relationship of transform of time & space consistent with the theory of relativity theory

物理学 14-3狭义相对论的基本原理洛伦兹变换式 第五版 Proper transformation Inverse transformation x-ut x+ ut B 2 1=y 正变换 逆变换 I t’+ 2 2 V1-B2 第十四章相对论 5/9

第十四章 相对论 物理学 14-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 第五版 5/9 2 2 2 1 1 x t x y y z z t x c t    −  =  −    =    =   −   =   − v v 正 变 换 2 2 2 1 1 x t x y y z z t x c t      + =  −   =    =      +  =   − v v 逆 变 换 Proper transformation Inverse transformation

物理学 14-3狭义相对论的基本原理洛伦兹变换式 第五版 2洛伦兹速度变换式( Lorentz velocity transformation Proper transformation Inverse transformation LC.+7 u 正 变 √1-B 换 逆变换 d 2X L u,V1-B2 B (1+ 2 第十四章相对论 6/9

第十四章 相对论 物理学 14-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 第五版 6/9 正 变 换 2 2 2 2 2 1 1 (1 ) 1 (1 ) x x x y y x z z x u u u c u u u c u u u c     −  =   −    −   =  −   −   =  −   v v v v 2 洛伦兹速度变换式(Lorentz velocity transformation) 2 2 2 2 2 1 1 (1 ) 1 (1 ) x x x y y x z z x u u u c u u u c u u u c      + =   +      −  =  +     −  =  +    v v v v 逆 变 换 Proper transformation Inverse transformation

物理学 14-3狭义相对论的基本原理洛伦兹变换式 第五版 洛伦兹变换特点 1)xt与x、t成线性关系,但比例系数y 2)时间不独立,t和x变换相互交叉 3)κ<c时,洛伦兹变换转换为伽利略变换。 意义:基本的物理定律应该在洛伦兹变换 下保持不变.这种不变显示出物理定律对匀速 直线运动的对称性—相对论对称性 Meaning: The basic laws of physics should remain unchanged under the lorentz transform This shows that the same laws ofphysics ofuniform linear motion is symmetry -mm--the symmetry of the theory of relativity 第十四章相对论 7/9

第十四章 相对论 物理学 14-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 第五版 7/9 1） x’、t’与x、t 成线性关系，但比例系数γ ≠1 . 意义：基本的物理定律应该在洛伦兹变换 下保持不变 . 这种不变显示出物理定律对匀速 直线运动的对称性 —— 相对论对称性 . 2） 时间不独立，t 和 x 变换相互交叉. 3） v<<c时，洛伦兹变换转换为伽利略变换。 Meaning: The basic laws of physics should remain unchanged under the Lorentz transform. This shows that the same laws of physics of uniform linear motion is symmetry -----the symmetry of the theory of relativity. 洛伦兹变换特点

物理学 14-3狭义相对论的基本原理洛伦兹变换式 第五版 如在S系中沿x方向发射一光信号,在S”系中观察: 讨论 u =c u t< C C P(x,y, z,t) SS|-7 C+a 0=c?? 同理l=cly c xx 光速不变wrbi的 y ofspeed oflight 光速在任何惯性系中均为同一常量,利 用它将时间测量与距离测量联系起来 Speed of light in any inertial reference frame are same constants, use of time measurement will be linked with distance measurement 第十四章相对论 8/9

第十四章 相对论 物理学 14-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 第五版 8/9 光速在任何惯性系中均为同一常量 ,利 用它将时间测量与距离测量联系起来 . z z' y' x x' y v  o o' s s' * (x' , y' ,z' ,t') 讨 P(x, y,z,t) 论 c c c c ux = − −  = 2 1 v v 光速不变(Invariability of speed of light ) 如在S系中沿x方向发射一光信号,在S’系中观察: x u c = 同理 2 1 x c u c c c + = = + v v v = c?? x u c  = Speed of light in any inertial reference frame are same constants, use of time measurement will be linked with distance measurement

物理学 第五版 本章目录 选择进入下一节 14-0教学基本要求 14-1伽利略变换式牛顿的绝对时空观 14-2迈克耳孙-莫雷实验 14-3狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 14-4狭义相对论的时空观 14-6相对论性动量和能量 第十四章相对论 9/9

第十四章 相对论 物理学 第五版 9/9 本章目录 14-0 教学基本要求 14-1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观 14-2 迈克耳孙-莫雷实验 14-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 14-4 狭义相对论的时空观 选择进入下一节： 14-6 相对论性动量和能量