PDF《Chapter 4》

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4 Special Relativity 狭义相对论 D你和一个漂亮姑娘在公园长椅上坐一小时, 觉得只过了一分钟;

你紧挨着一个火炉坐一分 钟,却觉得过了一小时.

这就是相对论. ---Einstein常常这样向媒体和公众开玩笑. 相对论为什么会受到如此狂热追捧?连Einstein本人也觉得不可思议! Nature, and Nature'

s Laws lay hid in night: God said, let Newton be! And all was light. 自然和自然定律隐没在黑暗中: 神说,让牛顿去吧!万物遂成光明. Alexander Pope (1688-1744): --- a famous 18th century English poet, best known for his satirical verse and for his translation of Homer. 自然和自然定律隐没在黑暗中: 神说,让牛顿去吧!万物遂成光明. 这首诗已被凿刻在了牛顿的墓碑上,广为人知. 后来有人在后面加了一句: 但不久,魔鬼说:让 爱因斯坦去吧,于是一切又重新回到黑暗中. 当年牛顿诸定律的发现,使人们摆脱了对自然规律 茫然无知的历史.大到宇宙星体,小到沙砾尘埃,所有 物体的运动规律尽在掌控之中,世界万物一下都变得井 然有序. 而Einstein提出了相对论,又一下把千百年来人们关 于时间,空间和天体和宇宙的经典观念弄得颠三倒四: 什么动钟变慢、动尺变短、时空弯曲、双生子谬佯等等. 原来许多人习以为常、认为公理的东西都成错误,人们 觉得又重新回到了黑暗之中. 从经典物理到近代物理 ---相对论和量子力学--- 物理学发展到19世纪末期,可以说是达到相当完 美、相当成熟的程度 完美的经典物理大厦 19世纪的最后一天,欧洲著 名的科学家欢聚一堂.会上, 英国著名物理学家W. Thomson (即Lord Kelvin)发表了新年 祝词. 他在回顾物理学所取得的伟 大成就时认为,科学大厦已经 基本建成,后辈物理学家只要 做一些零碎的修补工作. 十九世纪末经典物理学的 危机 : 两朵乌云和三大发现: 完美的经典物理大厦 力学---Newton三定律和万有引力定律 热学---热力学定律(第零、

一、

二、三定律) 分子物理---Maxwell分子运动论,Boltzmann 统计 电磁学---Maxwell电磁理论 光学---Huygens(光的波动说)、Fresnel原理 William Thomson 瞻望20世纪物理学: 未来物理学真理将不得不在小数点后第六位去寻找 但是在物理学晴朗天空的远处,还有两朵小小的令 人不安的乌云 : 第一朵乌云: Michelson- Morley实验 ― 以太说破灭 第二朵乌云: 黑体辐射实验―紫外灾 难 两朵乌云 导致了相对论的诞生 导致了量子论的诞生 Michelson -Morley 实验―以 太说破灭 黑体辐 射实验―紫 外灾难 奠定了现代物理大厦的基础 Chapter

4 Relativity Special Theory of Relativity (1905) General Theory of Relativity (1915) (omitted) What will we discuss? Basis of Special Relativity Relativistic Kinematics Relativistic Mechanics (1) Basis of Special Relativity 二个原理一个变换 Two postulates (principles): 狭义相对性原理 光速不变原理 One transformation: Lorentz变换 (2) Relativistic Kinematics 相对论运动学 狭义相对论中只描述和研究物体位Z随时间的变 化规律(不考虑引起运动状态改变的原因) Conception of space-time Velocity transformation (3) Relativistic Mechanics 相对论力学 与相对论相一致的任何力学形式 (relativistic mass) mass-velocity (relativistic momentum) energy-momentum (relativistic energy) mass-energy 相对论的基础:二个原理一个变换 狭义相对性原理 Lorentz变换 光速不变原理 相对论运动学 相对论动力学 同时性的 相对性 长度的 相对性 时间的 相对性 质速 关系质能 关系1Classical Conception of Space-time 绝对时空观:时间和空间的量度和参考系无关(不 同惯性参考系中,时间和空间的量度都相同). 长度和时间的测量是绝对的,时间和空间是互相独 立的. 时间 proper time 本征时间 静止时间 (在所有惯性系中都相同) 空间 proper length rest length 二个惯性参考系S和S'