第二章狭义相对论时空性质迈克尔逊-§2.1迈克尔逊-莫雷实验§2.2爱因斯坦相对性原理§2.3时间的相对性§2.4长度的相对性§2.5洛伦兹变换和速度叠加§2.6支持洛伦兹变换的实验§2.7四维时空间隔§2.8闵科夫斯基空间引言爱因斯坦(Albert.爱因斯坦(Albert.Einstein)20世纪最伟大的物理学家1879年世纪最伟大的物理学家.——20世纪最伟大的物理学家.1879年3月14日生于德国乌耳姆,1900年毕业于瑞14日生于德国乌耳姆,1900年毕业于瑞日生于德国乌耳姆士苏黎世联邦工业大学.1905年士苏黎世联邦工业大学.1905年,爱因斯坦在科学史上创造了史无前例的奇迹——坦在科学史上创造了史无前例的奇迹——建立了狭义相对论,建立了狭义相对论,推动了整个物理学理论的革命.论的革命.狭义相对论关于物质存在方式及其运动形态,时间和空间,实物和场以及质量和能形态,时间和空间,实物和场以及质量和能量等一系列基本问题,改变了原有观念,使人类对物质世界的等一系列基本问题,改变了原有观念,认识发生了巨大的飞跃.认识发生了巨大的飞跃.狭义相对论涉及力学,电磁学,原子和原子核物理学以及狭义相对论涉及力学,电磁学,粒子物理学等乃至整个物理学领域,粒子物理学等乃至整个物理学领域,导致了物理学发展史上的一次深刻的变革.的一次深刻的变革.阿尔伯特.爱因斯坦(Albert.阿尔伯特.爱因斯坦(Albert.Einstein)爱因斯坦对于科学事业的伟大贡献是多方面的.他不仅仅是相对论的创始人,方面的.他不仅仅是相对论的创始人,而且是一位多学科的理论研究家.是一位多学科的理论研究家.即使他不是相对论的创始人,对论的创始人,他仍然是科学史上最伟大的物理学家之一.物理学家之一.他的科学业绩主要包括四个方面:早期对布朗运动的研究;方面:早期对布朗运动的研究;狭义相对论的创建;推动量子力学的发展;的创建;推动量子力学的发展;建立了广义相对论,开辟了宇宙学的研究途径.1905年相对论,开辟了宇宙学的研究途径.1905年创建的狭义相对论和19211921年创建的广义相对创建的狭义相对论和1921年创建的广义相对论是爱因斯坦的最重要的科学研究成果,论是爱因斯坦的最重要的科学研究成果,而1921年的诺贝尔物理学奖则是由于他提出了1921年的诺贝尔物理学奖则是由于他提出了光的量子概念和发现了光电效应定律而获得的.就爱因斯坦想象力的丰富和概念系统的博大精深而言,博大精深而言,在他同时代的科学家中是无与伦比的,他和牛顿的盛名是并驾齐驱的.与伦比的,他和牛顿的盛名是并驾齐驱的.引言经典的相对性原理有关相对性的思考?一群大学生说说笑笑,跑来问爱因斯坦,什么叫相对论.他回答说:"你坐在一个漂亮姑娘旁边,坐了两小时,觉得只过了一分钟;如果你紧挨着一个火炉,只坐了一分钟,却觉得象过了两个小时.这就是相对论."引言相对论的思想基础:相对论的思想基础:对称性观念物理规律不因人(参考系)而异,物理规律不因人(参考系)而异,参考系变换应该是物理定律的对称操作.是物理定律的对称操作.一切惯性系对物理定律等价——狭义相对论一切惯性系对物理定律等价狭义相对论惯性系对物理定律等价惯性系和非惯性系对物理定律等价惯性系和非惯性系对物理定律等价——广义相对论对物理定律等价广义相对论引言力学相对性原理狭义相对性原理广义相对性原理对称性扩展相对论并不神秘——需要摆脱日常生活(低速领域)经验的束缚,需要摆脱日常生活(低速领域)经验的束缚,需要摆脱日常生活自觉地进行理性思维训练.自觉地进行理性思维训练.引言经典力学与狭义相对论经典力学:建立在绝对时空观基础上.伽利略变换,绝对时空观基础上经典力学:建立在绝对时空观基础上.伽利略变换,力学定理,定律等,力学定理,定律等,在从一个惯性系变换到另一个惯性系时,保持不变.另一个惯性系时,都保持不变.狭义相对论:建立在狭义相对论的两个基本假设狭义相对论的两个基本假设基础狭义相对论:建立在狭义相对论的两个基本假设基础洛伦兹变换,物理学定律等,上.洛伦兹变换,物理学定律等,在从一个惯性系变换到另一个惯性系时,保持不变.惯性系变换到另一个惯性系时,都保持不变.狭义相对论和爱因斯坦相对论分为狭义相对论广义相对论.爱因斯坦相对论分为狭义相对论和广义相对论.前者只适用于惯性系,后者则涉及非惯性系.前者只适用于惯性系后者则涉及非惯性系惯性系,非惯性系.§2-1迈克尔逊-莫雷实验迈克尔逊-以太假说:以太(以太假说:以太(ether)是传递所有电磁波的弹性介质,它充满整个宇宙.性介质,它充满整个宇宙.电磁波是以太介质的机械运动状态,带电粒子的振动会引起以太的形变,运动状态,带电粒