5.1 狹義相對論

　　5.2.1 波粒二象性

　　5.2.2 氫光譜

　　5.2.3 不確定關系

　　請看P466頁測不準關系式

　　首先我們介紹狹義相對論，提起物理學，很多人就會想起狹義相對論，狹義相對論講什么大家并不清楚，只知道它是一個很著名的物理學理論，而且普遍認為它非常抽象，難以理解希望，你不會因此而有負擔吧，其實這個理論很簡單，也很有趣，聽我慢慢給你介紹。

　　先舉一個例子，很簡單，你和你的朋友分別騎一輛自行車以速度 相對于地面前行。如果以地球為參照物，你的運動速度，你在動，但是如果以你朋友為參考標準，你就感覺你是靜止的，這是相對速度的概念，在第一章力學篇我們介紹過，我們把這個例子中所涉及的相對的概念推廣開來。上面例子中，我們研究的是單個物體之間的相對運動，假如說研究多個物體時，共用一個參照標準，比如說在研究地面上物體的運動時，若地球自轉的影響可以忽略的話，所有物體的研究都以地球為標準，地球這時候就是一個很好的參考系了，這就是參照系的概念，好了，知道參照系的概念，現在想象說空間有兩個球體，一個球體是地球，另外一個球相對于地球運動，那么我們就會想到這樣一個問題，假設一個物體在地球上t時刻點開始以速度運行了S米，或者說我們前面所學習的定律，熱學定律，力學定律，電學定律等典型的比如F=ma的形式，解決上述問題的理論就是狹義相對論，首先我們看傳統的觀點如何解釋上述問題？

　　傳統的觀點認為運動、時間和空間分離的，也就是說運動發生的時間、速度和空間的改變沒關系。假設一個物體以速度v在地球上運動，另一個球體相對于地球靜止的，那么從另一球體看物體時，物體的速度仍然v，如果另一球相對于地球以 運動時，那么從另一球體看物體物體的速度就是相對速度 .

　　這種觀點為傳統的時空觀，遵循經典理論的伽俐略變換。

　　兩坐標系 和 ，各對應軸相互平行， 相對 以一定速度v沿x軸方向運動，假設 ，在兩坐標系的初始時間相同，坐標系 和 重合，經過t 時間后，p點在兩坐標系間的時空變換關系是

　　上述傳統的經典理論在遇到電磁波時發生了危機，因為電磁波傳播速度高達 ，經典的時空觀在研究電磁學定律時無法得到滿足，在這種情況下，愛因斯坦在分析了伽俐略變換和實驗結果的矛盾后提出了狹義相對論的兩條基本原理：

　　（1）每個物理定律在一切慣性參照系中具有完全相同的形式——光學相對性原理

　　比如牛頓力學定律在不同坐標系中保持力和加速度的關系，但是表現形式不同，因為質量隨參照系的相對速度的不同發生改變，這在后面的學習中還會強調。

　　（2）所測得的真空中光速在任一慣性系中，是完全相同的的物理量——光速不變原理。

　　按照狹義相對論，伽俐略公式被修正為洛侖茲變換，設以（x、y、z、t）表示在t時刻在t系中（x、y、z）地點發生的一個事件，而同事件在 系中是在 時刻出現在 地點，則表示同一事件的時，時空坐標（x、y、z、t）和 之間關系

　　說明：時間和空間不是彼此獨立的，相對論的時空是相互聯系的，和運動速度不可分的

　　只有當v&lt；&lt；c時上式才變成伽俐略分式，也就是說當物體運動速度&lt；&lt；c時，伽俐略變換才是正確的。

　　利用洛侖茲變換，我們就可以研究在一個參考系中發生事件的時間、長度、時間間隔，以及速度在另一參考系中觀察如何變化。

　　假設 系和 系， 系以v 相對于 系運動，那么

　　①在t時刻點發生的事件，在 系中觀察將在 時刻發生

　　②一個長度為l的物體，在k系中以v速運動，而相對于 靜止的話，這個物體在k系中長度比在 系中要短一些。即相對物體運動的坐標系中所測物體的長度變短。

　　③ 中發生事件從開始到結束時間間隔 ，從k系中觀察該時間間隔為

　　④ 中一質點沿 軸正向以速度 勻速運動，那么在k系中觀察速度為

　　愛因斯坦還認為物體的質量也因為物體的速度而改變

　　其是 是在物體相對靜止的慣性系中測得的質量，稱之為靜止質量