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1、第十五章 狭义 相对论物理学教程（第二版）15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难“横看成岭侧成峰，远近高低各不同。”苏轼题西林壁人类面对事物“相对性”的不同态度：（1）只承认自己看到的是真的，根本否认还有其它的可能性.（2）“公说公有理，婆说婆有理。”哲学上的“相对主义”的派别.（3）超越从个别角度（物理学里的参考系）认识问题的局限性，寻求不同参考系之间的变换关系，以及变换过程中那些不变性.不变性：是物理定律，是自然界中与观察者无关的客观规律.第十五章 狭义 相对论物理学教程（第二版）15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难“相对论的兴起是由于实际需要，是由于旧理论中
2、的矛盾非常严重和深刻，而看来旧理论对这些矛盾已经没法避免了。”爱因斯坦 自觉地去探索不同参考系中物理量、物理规律之间的变换关系（相对性原理），和变换中的不变量（对称性），以便超越自我认识上的局限性，去把握物理世界中更深层次的奥秘.现代物理方法论精髓第十五章 狭义 相对论物理学教程（第二版）15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 一 伽利略变换式 经典力学的相对性原理 对于任何惯性参照系,牛顿力学的规律都具有相同的形式.这就是经典力学的相对性原理.问：相对于不同的参考系,经典力学定律的形式是完全一样的吗？牛顿力学的回答:*第十五章 狭义 相对论物理学教程（第二版）15 1 伽利略变
3、换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难伽利略变换当 时与 重合位置坐标变换公式 经典力学认为：1）空间的量度是绝对的，与参考系无关；2）时间的量度也是绝对的，与参考系无关.*第十五章 狭义 相对论物理学教程（第二版）15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难加速度变换公式伽利略速度变换公式 在两相互作匀速直线运动的惯性系中，牛顿运动定律具有相同的形式.*第十五章 狭义 相对论物理学教程（第二版）15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 问：相对于不同的参考系,长度和时间的测量结果是一样的吗?绝对时空概念：时间和空间的量度和参考系无关,长度和时间的测量是绝对的.二 经典力学的绝
4、对时空观注 意 牛顿力学的相对性原理，在宏观、低速的范围内，是与实验结果相一致的.绝对时间:所有惯性系有统一的时间.绝对空间：空间与运动无关，空间是绝对静止的.第十五章 狭义 相对论物理学教程（第二版）15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难“绝对的真实的数学时间,就其本质而言,是永远均匀地流逝着,与任何外界无关.”“绝对空间就其本质而言是与任何外界事物无关的，它从不运动,并且永远不变.”牛顿的绝对时空观 牛顿力学的相对性原理 实践已证明,绝对时空观是不正确的.第十五章 狭义 相对论物理学教程（第二版）15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 问：对于不同的惯性系，电磁
5、现象基本规律的形式是一样的吗？真空中的光速 对于两个不同的惯性参考系,光速满足伽利略变换吗？三 光速依赖于惯性参考系的选取吗第十五章 狭义 相对论物理学教程（第二版）15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难球投出前结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球.试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达到观察者所需要的时间.(根据伽利略变换)球投出后第十五章 狭义 相对论物理学教程（第二版）15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 900 多年前（公元1054年5月）一次著名的超新星爆发，这次爆发的残骸形成了著名的金牛星座的蟹状星云。北宋天文学家记载从公元 1054年
6、1056年均能用肉眼观察,特别是开始的 23 天,白天也能看见.物质飞散速度l=5000 光年AB 当一颗恒星在发生超新星爆发时,它的外围物质向四面八方飞散,即有些抛射物向着地球运动,现研究超新星爆发过程中光线传播引起的疑问.第十五章 狭义 相对论物理学教程（第二版）15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难实际持续时间约为 22 个月,这怎么解释?理论计算观察到超新性爆发的强光的时间持续约l=5000 光年物质飞散速度AB A 点光线到达地球所需时间B 点光线到达地球所需时间第十五章 狭义 相对论物理学教程（第二版）15 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 迈克尔孙 莫雷实验 为了测量地球相对于“以太”的运动,1881年迈克尔孙用他自制的干涉仪进行测量,没有结果.1887年他与莫雷以更高的精度重新做了此类实验,仍得到零结果,即未观测到地球相对“以太”的运动.人们为维护“以太”观念作了种种努力，提出了各种理论，但这些理论或与天文观察，或与其它的实验事实相矛盾，最后均以失败告终.实验结果 未观察到地球相对于“以太”的运动.仪器可测量精度 理论预测