第十五章相对论简介 15.1相对论的诞生 MYKONGLONG
第十五章 相对论简介 15.1 相对论的诞生
牛顿的经典力学的基础就是以牛顿命名的 三条定律,这一理论形成于十七世纪,在以后 的两个多世纪里,牛顿力学对科学和技术的发 展起了巨大的推动作用,同时自身也得到了很 大发展。但是,进入二十世纪,物理学研究的 领域开始深入到了微观高速领域,这时人们发 现牛顿力学在这些领域不再适用。物理学的发 展要求对牛顿力学以及某些长期认为是不言自 明的基本观念作出根本性的变革,物理学需要 场革命! 这场从经典物理向近代物理变革的标话娘 十世纪初诞生的相对论和量子力 MYKONGLONG
牛顿的经典力学的基础就是以牛顿命名的 三条定律，这一理论形成于十七世纪，在以后 的两个多世纪里，牛顿力学对科学和技术的发 展起了巨大的推动作用，同时自身也得到了很 大发展。但是，进入二十世纪，物理学研究的 领域开始深入到了微观高速领域，这时人们发 现牛顿力学在这些领域不再适用。物理学的发 展要求对牛顿力学以及某些长期认为是不言自 明的基本观念作出根本性的变革，物理学需要 一场革命！ 二十世纪初诞生的相对论和量子力学就是 这场从经典物理向近代物理变革的标志
20世纪最伟大的科学家爱因斯坦 MYKONGLONG
20世纪最伟大的科学家 爱因斯坦
、经典的相对性原理 1、惯性系 牛顿运动定律成立的参考系 相对于一个惯性参考系做匀速直线运动的 另一个参考系也是惯性系 2、伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的 还可表述为:在一个惯性参考系内进行的 任何力学实验都不能判断这个惯性系是否 相对于另一个惯性系做匀速直线运动;鸢 者说,任何惯性系都是平权的。 MYKONGLONG
一、经典的相对性原理 1、惯性系： 牛顿运动定律成立的参考系 相对于一个惯性参考系做匀速直线运动的 另一个参考系也是惯性系 2、伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的 还可表述为：在一个惯性参考系内进行的 任何力学实验都不能判断这个惯性系是否 相对于另一个惯性系做匀速直线运动；或 者说，任何惯性系都是平权的
牛顿的伽利略相对性原理是作为基本假 设提出来的,它之所以为人们接受承认, 方面是牛顿力学在解决力学问题获得的巨大 功;另一方面观察结果与人们的经验相符。 但是十九世纪中叶,人们在研究与物 体运动有关的电磁现象时,发现在电磁现 象的规律不符合相对性原理 其中最典型的就是光速的问题 MYKONGLONG
牛顿的伽利略相对性原理是作为基本假 设提出来的，它之所以为人们接受承认，一 方面是牛顿力学在解决力学问题获得的巨大 功；另一方面观察结果与人们的经验相符。 但是十九世纪中叶，人们在研究与物 体运动有关的电磁现象时，发现在电磁现 象的规律不符合相对性原理 其中最典型的就是光速的问题
不同的参考系中观察物体的运动情况可能不 同,物体在空间移动这一概念也是相对的 以车上静止的观系者为参系 在不同参 考系中观 N需国N 察物体的 运动情况 教育部中央电教馆资源中心 MYKONGLONG
不同的参考系中观察物体的运动情况可能不 同，物体在空间移动这一概念也是相对的． 在不同参 考系中观 察物体的 运动情况
光速恒定的特性,同运动的相对性原理 之间似乎产生了矛盾? 但是实验现象表明,不论光源和 观察者做怎样的相对运动,光速都是 恒定的 米彐}三 光速=C 光速=c-p MYKONGLONG
光速恒定的特性，同运动的相对性原理 之间似乎产生了矛盾？ 但是实验现象表明，不论光源和 观察者做怎样的相对运动，光速都是 恒定的． v 光速＝ c 光速＝ c −v
C=299×108mS 任何参照系中测得的光在真空的速率 都应该是这一数值 这一结论还特别为后来的很多精确的实验 所证实,最著名的是1887年迈克尔逊和莫雷 所做的实验。它们都明确无误地证明光速的 测量结果与光源和测量者的相对运动无关, 亦即与参照系无关。 可见光和电磁波的运动不服从伽利略相对 原理. MYKONGLONG
这一结论还特别为后来的很多精确的实验 所证实，最著名的是1887年迈克尔逊和莫雷 所做的实验。它们都明确无误地证明光速的 测量结果与光源和测量者的相对运动无关， 亦即与参照系无关。 可见光和电磁波的运动不服从伽利略相对 原理. 任何参照系中测得的光在真空的速率 都应该是这一数值 8 1 2 99 10 − c = . mS
当时人们为了解决这个困难,提出了三种 可能 (1)麦克斯韦电磁理论有错,正确的电磁方 程组应满足伽利略不变性。 (2)牛顿力学与麦克斯韦电磁理论都对,但 麦克斯韦电磁理论只在某特殊的惯性系 成V。 (3)牛顿力学与伽利略变换不对,应存在某 种变换,麦克斯韦电磁理论在这种新的变 换下具有不变性。这意味着经典牛顿力学 要作修改,修改后的力学方程在新的变换 下具有不变性。 MYKONGLONG
当时人们为了解决这个困难，提出了三种 可能： （1）麦克斯韦电磁理论有错，正确的电磁方 程组应满足伽利略不变性。 （2）牛顿力学与麦克斯韦电磁理论都对，但 麦克斯韦电磁理论只在某一特殊的惯性系 成立。 （3）牛顿力学与伽利略变换不对，应存在某 种变换，麦克斯韦电磁理论在这种新的变 换下具有不变性。这意味着经典牛顿力学 要作修改，修改后的力学方程在新的变换 下具有不变性
二、相对性原理与电磁规律 9世纪后半叶和20世纪初,物理学家们曾经猜想 有一种叫做以太的介质,弥漫在宇宙中,它是电磁波传播 时所需要的介质,拿以太做参考系时麦克斯韦的电磁理论 才成立.今天看来,以太是某一特殊参考系的代表.麦克 尔逊实验表明不存在这样的特殊参考系,实际上就是宣布 宇宙间不存在以太 麦克尔逊莫 雷实验 MYKONGLONG
二、相对性原理与电磁规律 19世纪后半叶和20世纪初，物理学家们曾经猜想， 有一种叫做以太的介质，弥漫在宇宙中，它是电磁波传播 时所需要的介质，拿以太做参考系时麦克斯韦的电磁理论 才成立．今天看来，以太是某一特殊参考系的代表．麦克 尔逊实验表明不存在这样的特殊参考系，实际上就是宣布 宇宙间不存在以太． 麦克尔逊莫 雷实验