第4讲 爱因斯坦与物理学革命 审天地之美，穷万物之理
审天地之美，穷万物之理
一.两朵乌云 二.狭义相对论 三.弯曲的时空一广义相对论 四.相对论的进展 五.爱因斯坦的成就与影响
一. 两朵乌云 二. 狭义相对论 三. 弯曲的时空——广义相对论 四. 相对论的进展 五. 爱因斯坦的成就与影响
一.两朵乌云 1900,开尔文勋爵： 物理学的大厦已经建成，未来 的物理学家只需要做些修修补补的 工作就行了。但是，明朗的天空还 有两朵乌云：一朵与黑体辐射有关， 另一朵与迈克尔逊实验有关
一 . 两朵乌云 1900，开尔文勋爵： 物理学的大厦已经建成，未来 的物理学家只需要做些修修补补的 工作就行了。但是，明朗的天空还 有两朵乌云：一朵与黑体辐射有关， 另一朵与迈克尔逊实验有关
第一朵乌云：黑体辐射 1900 量子论 第二朵乌云：迈克尔逊实验 1905,相对论
第一朵乌云：黑体辐射 量子论 第二朵乌云：迈克尔逊实验 相对论 1900 1905
“黑体辐射” “绝对黑体”（ 黑体)是在任何温度下都 能全都吸收落在它上面的一切辐射的理想 物体。根据经典物理学，可以得到：辐射 的能量与频率的平方成正比。所以，当辐 射频率极高时，能量必然趋于无穷大，即 在紫色端发散。对于由经典物理学解决热 辐射问题导致的这一结果，被称为“紫外 灾难”。 10 10 10 10 10 10 1米 Y时线 ×一身时线 紫外线 可见光 红小线 微波 无线电减
“黑体辐射” w “绝对黑体”（黑体）是在任何温度下都 能全都吸收落在它上面的一切辐射的理想 物体。根据经典物理学，可以得到：辐射 的能量与频率的平方成正比。所以，当辐 射频率极高时，能量必然趋于无穷大，即 在紫色端发散。对于由经典物理学解决热 辐射问题导致的这一结果，被称为“紫外 灾难”
迈克尔逊：地球就像一艘没有摩擦力 的船穿过海水一样穿过“以太”。 C:游泳者的速度；V:水流速；L:距离 游泳者往返一次所需时间： T L L C+V c-v L C 1-(v1c)2 如果将游泳者换成光，地球的公转速度可以算出， v/c=1/10000.因此在地球上验证地球穿越以太的 实验，其精度起码达到一亿分之一！
迈克尔逊：地球就像一艘没有摩擦力 的船穿过海水一样穿过“以太” 。 w C:游泳者的速度；V:水流速；L:距离 w 游泳者往返一次所需时间： 如果将游泳者换成光，地球的公转速度可以算出， v/c=1/10000.因此在地球上验证地球穿越以太的 实验，其精度起码达到一亿分之一！ 2 1 / 1 2 c v c L c v L c v L T
但是，迈克耳逊与莫雷在1881-1887年的实验中没有发 现以太风，于是：要么以太随着地球一起运动（斯托 克斯1846年的以太拖曳，基于1818年菲涅尔发现的光 速在流水中的变化)，而这就无法解释布拉德雷1728 年发现的光行差现象（利用以太风理解恒星光的偏 移)；要么根本没有以太这种东西。 迈克耳逊他们如实地报道了实验结果，但迈克耳逊没 有意识到他们所做的实验给出的结果具有的重大意义， 他称他的实验是一次没有给出预期结果的大失败。但 是正是这个实验提醒人们必须重新审查被视为“神圣” 的经典物理学的根基。迈克耳逊为此而获得1907年的 诺贝尔物理学奖，他也是获得此奖的第一位美国人
w 但是，迈克耳逊与莫雷在1881-1887年的实验中没有发 现以太风，于是：要么以太随着地球一起运动（斯托 克斯1846年的以太拖曳，基于1818年菲涅尔发现的光 速在流水中的变化），而这就无法解释布拉德雷1728 年发现的光行差现象（利用以太风理解恒星光的偏 移）；要么根本没有以太这种东西。 w 迈克耳逊他们如实地报道了实验结果，但迈克耳逊没 有意识到他们所做的实验给出的结果具有的重大意义， 他称他的实验是一次没有给出预期结果的大失败。但 是正是这个实验提醒人们必须重新审查被视为“神圣” 的经典物理学的根基。迈克耳逊为此而获得1907年的 诺贝尔物理学奖，他也是获得此奖的第一位美国人
运动光源实验 ◆观察双星中每颗星的半周期，如果光 速与光源速度有关，则二颗星的半周期不同 S2 B EARTH V A
数学物理当前的危机” 理学的新发现已经推翻了物理学过去 建 立起来的基本原理：放射性和镭的永 小7 子电磁质量随速度而变化的发现，推 了质量守恒定律，“以太漂移”实验 电磁作用以有限速度传播，使电荷体之 间的相互作用违反了牛顿第三定律 ·一彭加勒《科学的价值》
“数学物理当前的危机” w 物理学的新发现已经推翻了物理学过去 建立起来的基本原理：放射性和镭的永 恒发热的发现，推翻了能量守恒定律； 电子电磁质量随速度而变化的发现，推 翻了质量守恒定律， “以太漂移”实验 的否定结果，推翻了伽利略相对性原理； 电磁作用以有限速度传播，使电荷体之 间的相互作用违反了牛顿第三定律。 w —彭加勒《科学的价值》
爱因斯坦生平(I) ◆1879.3.14 诞生于德国乌尔姆 ◆中，小学时代 德国慕尼黑 1895-1896 瑞士阿劳中学一年 ◆ 1896-1900 苏黎士工业大学学习 ◆1900-1902 艰辛求职，四面碰壁
爱因斯坦生平（Ⅰ） w 1879.3.14 诞生于德国乌尔姆 w 中，小学时代 德国慕尼黑 w 1895-1896 瑞士阿劳中学一年 w 1896-1900 苏黎士工业大学学习 w 1900-1902 艰辛求职，四面碰壁