狭义相对论
基本假设 P98
- 物理规律对所有参考系相同
- 真空中光速不变
时间延缓 P100
在 S′ 系中, 发生在同一地点的两个事件的时间间隔 Δt′=τ 为固有时间
在 S 系中, Δt 为发生在不同地点的相应的事件的时间间隔 v 为 S 与 S′ 相对运动的速度
Δt=1−c2v2(固有)Δt′
γ=1−c2v21≥1
β=cv
结论:
Δt≥τ
固有时间最短
对于一个固定在参考系 S 的钟, 其他任何参考系观察这个钟, 都走得比 S 观察的走得慢
长度收缩 P102
- 对于相对物体静止的参考系 S′ , 可以直接测量长度
- 对于相对物体(汽车)运动的参考系S , 确定一点x, 车头车尾经过该点的时间间隔 Δt , L=Δt⋅v
- 车头经过该点为事件 A, 车尾经过该点为事件 B, 对于S , A 与 B 发生在同一地点, 对于 S′ , A 与 B 发生在不同地点. Δt 为固有时间
γΔt=Δt′
∴L=(原长)L′1−c2v2
结论:
相对物体运动的参考系测量物体的长度, 都将小于物体的原长
洛伦兹变换 P104
位置变换
- 设 P 点发生事件 A 于 S 系中坐标为 (x,y,z,t) 于 S′ 系中坐标为 (x′,y′,z′,t′)
- 设 S′ 系相对 S 系以沿 x 轴的速度 v 运动
- 分析有 ∣OA∣S=x 在 S 中静止, ∣O′A∣S′=x′ 在 S′ 中既不是原长, 也不是运动(一个端点 A 运动, 一个端点 O′ 静止), 不能直接使用长度收缩公式
- S′ 中 ∣OO′∣=vt′
- 整理得到
x′x′1−c2v2x′+vt′=∣OA∣S′−∣OO′∣S′=x1−c2v2−vt′=x
- 设S系相对S'系以速度-v运动有
x′=1−c2v2x−vt
时间变换
将 x 与 x′ 的关系联立, 消去 x 或 x′
t′=1−c2v2t−xc2v
t=1−c2v2t′+x′c2v
速度变换
- m 方向上的速度
um=dtdm
- x 轴上, 两个参考系的 dx 不同
- 所有轴上, 两个参考系的 dt 不同
- 带入位置与时间变换可得
ux′=dt−dxc2vdx−vdt=1−uxc2vux−v
uy′=1−c2v2dt−dxc2vdy=1−uxc2vuy1−c2v2
质量变换
m=1−c2u2m0=γm0
m0 为物体静质量
u 既可指 S 中物体的速度, 也可指相对物体静止的参考系 S′ 相对 S 的速度
相对论动量
由此得到动量定义
p=1−c2u2um0=γm0u
相对论能量
- 动能
Ek=γm0c2−m0c2
- 总能量
E=γm0c2
- 静能量
E0=m0c2
- 质能方程
ΔE=Δmc2
光子的情况
E2=p2c2+m02c4
光子 m0=0E=hν
代入上式得到光子 E=pc