物理学史6.3 狭义相对论被人们接受的经过
狭义相对论简介
狭义相对论简介狭义相对论是一种描述物理学中时间、空间和引力的理论，由爱因斯坦于1905年发表。
它是现代物理学中最重要的理论之一，也是人类文明史上最伟大的科学成就之一时间与空间狭义相对论基本假设是：光速在真空中的传播速度是不变的，在任何惯性参考系中都是相同的，为c。
这导致了一些非常奇怪的结论。
首先，时间和空间不再是绝对的概念。
它们取决于观察者的运动状态。
例如，如果有两个事件在同一地点发生，一个静止观察者会认为它们发生在同一时间，但是一个以高速运动的观察者会认为它们发生的时间是不同的。
这就是所谓的时间相对论效应。
同样地，空间也会受到相对论效应的影响。
一个静止观察者看到的长度可能与一个运动观察者看到的长度不同。
这称为长度收缩。
质量与能量狭义相对论还改变了我们对质量和能量的理解。
根据经典物理学，物体的质量是恒定的，而能量是可以转化的。
但是，在相对论中，质量和能量是等价的。
这就是著名的E=mc2公式，其中E是能量,m 是物体的质量。
在高速运动中，物体的质量会增加（称为质量增加效应），因此需要更多的能量才能使其达到光速。
实际上，物体永远无法达到或超过光速，因为它需要无限的能量来达到这个极限。
引力最后，狭义相对论还改变了我们对引力的理解。
根据牛顿万有引力定律，物体之间产生引力的原因是它们的质量。
但是，在相对论中，引力被视为时空弯曲的结果。
这就是所谓的广义相对论，是爱因斯坦于1915年发表的。
通过将时间和空间视为弯曲的四维时空，物体的运动路径就不再是直线，而是遵循弯曲时空的规则。
这也导致了一些非常奇怪的现象，例如黑洞和引力透镜等。
光速不变原理狭义相对论的一个基本假设是光速不变原理，即在任何惯性参考系中，光速都是恒定且一致的。
这个假设经过了许多实验的验证，例如米歇尔逊-莫雷实验。
因为光速不变原理，在高速运动中，时间和空间会发生相对论效应，例如时间膨胀和长度收缩。
这些效应是非常微小的，只有在物体接近光速时才会显著影响其运动状态。
物理学史相对论的建立与发展.PPT
2.3 狭义相对论被承认和接受的过程
由于人们的思想长期受到传统观念的束缚，一时难于接受 崭新的时空观，爱因斯坦的论文发表后，在相当长的一段时间 内受到冷遇，被人们怀疑甚至遭到反对。
在法国，直到1910年几乎没有人提到爱因斯坦的相对论。 在实用主义盛行的美国，最初十几年中也没有得到认真对待。 迈克耳孙至死（1931年）还念念不忘“可爱的以太”，认为相 对论是一个怪物。英国也不例外，在人们的头脑里以太的观念 太深了，相对论彻底否定以太的必要性，被人们看成是不可思 议的事。当时甚至掀起了一场“保卫以太”的运动。J.J.汤姆 逊在1909年宣称：“以太并不是思辨哲学家异想天开的创造， 对我们来说，就象我们呼吸空气一样不可缺少”。
但是，直到19世纪还没有一个实验能直接证明以太的存在。 以太漂移实验给出了否定结果。这些结果促使人们对以太和绝 对坐标系的存在产生怀疑。
1.2 收缩假说的提出
迈克耳逊-默雷实验的零结果发表后，爱尔兰物理学家费 兹杰惹立即进行了思考。1889年，他向英国《科学》杂志投 稿，写到：“唯一可能协调这中对立的假说就是要假设物体 的长度回发生变化，其改变量跟穿过以太的速度与光速之比 的平方成正比。”
6
7
2.2 爱因斯坦建立狭义相对论的过程
早在16岁（1895年）时，爱因斯坦就开始思考这样一个问题： “如果我以速度c（真空中的光速）追随光线运动，我应当看到这样 一条光线就好象一个在空中振荡着而停滞不前的电磁场。可是无论是 依据经验，还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这样的事情。”这 是一个悖论，实际上包含了狭义相对论的萌芽。
然而，由于《科学》杂志不久就停刊了，这篇稿件虽然发 表但却鲜为人知，连费兹杰惹本人也不知道这篇稿件是否问 世。两年后，费兹杰惹去世，只是由于他的学生特劳顿多次 提到他的工作，人们才知道他比洛伦兹更早就提出了收缩假 说。
大一狭义相对论知识点总结
大一狭义相对论知识点总结引言狭义相对论是德国物理学家爱因斯坦提出的一种理论物理学理论。
它首先通过爱因斯坦在1905年提出的特殊相对论治疗，引起了物理学家和数学家的广泛兴趣。
特殊相对论的提出，颠覆了牛顿力学对于时间和空间的观念，揭示了新的科学世界。
狭义相对论主要关注的是质点的运动，在匀速直线运动的参考系中，物体的质量与速度之间存在着简单的关系。
这一理论不仅在理论物理学领域引起了巨大的影响，也在实用物理学和工程学中具有重要的应用价值。
下面将围绕狭义相对论的基本概念、数学公式以及实际应用等方面进行详细的介绍。
基本概念相对论的提出突破了以往对于时间和空间的观念，提出了新的物理学理论。
其中最重要的概念之一就是“相对性原理”，它指出物理定律在所有惯性系中都相同的性质。
即使在不同的参考系中，物理定律也是不变的，这就是相对性原理的核心。
在相对论中，时间和空间也都不再是绝对的，而是与观察者的参考系相关的。
因此，相对论是一种与经典力学有着根本区别的物理学理论。
在特殊相对论中，另一个重要的概念是“光速不变原理”，它指出在任何惯性系中，光速都是一个恒定不变的值。
光速的不变性使得时间和空间的测量都变得相对而言，这也是狭义相对论与牛顿力学最大的不同之处。
数学公式狭义相对论涉及到了一些重要的数学公式，这些公式揭示了时间和空间的相对性质。
其中最重要的一条公式就是爱因斯坦提出的质能关系公式，它表示了质量和能量之间的等价关系，在相对论中，质量并不是一个不变的量，不同的观察者会测得不同的质量值。
而质能关系公式则揭示了质量与能量之间的等价关系，它可以用来描述物质的能量转化过程，是狭义相对论中的核心公式之一。
另外，相对论中还有着动量和能量之间的关系，这一点也揭示了物理量在不同惯性系中的变化规律。
总的来说，相对论的数学公式揭示了时间和空间的相对性质，揭示了一种新的物理学理论。
实际应用相对论不仅在理论物理学领域具有重要的理论意义，也在实际的科学研究和工程应用中发挥着关键作用。
狭义相对论
由洛仑兹变换得 为简明起见，假设某一过程发生在 约 定坐标系的 系原点，而且，当两坐标 系原点重合 时 过程开始 。 即 到过程结束时， 系测得所经历的时间为 故 其中 固有时间 原地结束 系观察此过程在 处结束， 结论： 非固有时间大于固有时间。 所经历的时间为非固有时间 位移 即，非固有时间相对于固 过程结束
不是一个亮点，而是 一个亮弧。 一是测量伴星相继两次通过B点所经历的时间；二是测量伴星由B运动到B 所经历的时间（半周期）乘二。两种方法测所得结果并不相等，这是因为在 第二种方法中， 路程 B E B E 但光速 信号传送所需时间不同。 宇宙中存在大量这种物理双星，有些甚至肉眼也能分辨。 精密的天文观测表明，双星的像是很清晰的两个光点，没有 E 天文台 发现亮弧现象。而且两种方法测周期的结果一样。这只能用 光速与光源运动状态无关的观点，才能得到圆满的解释。
在物理学史上企图发现 “以太” 曾作过许多努力（如：斐索实验、光 行差测量、双星周期测量以及麦克耳孙-莫雷精密的光干涉实验等），但 没有成功，最精密的实验所测到的也是“零结果”。
爱因斯坦的观点：
相信自然界有其内在的和谐规律。
（必定存在和谐的力学和电磁学规律。）
相信自然界存在普遍性的相对性原理。
（必定存在更普遍的相对性原理，对和谐的力学和电磁学规律都适用。）
0.357 0.988
0.9 0.8
不能用伽利略速度合成
（反
向）
不计重力只考虑X方向运动 已知 相对于 的速度为
速度例二 ，设两球发生完全非弹性碰撞
，用相对论观点
若
测得两球粘合时的速度为
粘合
直接应用洛仑兹速度变换式
的大小、方向 取决于 值
删节告示
为大纲删节内容
大学物理上册课件：第6章 狭义相对论
例题6-8 带电π介子静止时的平均寿命为2.6×10 – 8 s，某加 速器射出的带电π介子的速率为2.4×10 8 m/s，试求1）在实验室 中测得这种粒子的平均寿命；2）这种π介子衰变前飞行的平均 距离。
解 1） 由于u = 2.4×10 8m/s＝0.8c，故在实验室中测得
这种π介子的平均寿命为：
1 2
Δx Δx uΔt
1 2
Δt uΔx / c 2 Δt
1 2
1、不同地事件的同时性是相对的。
Δx Δx uΔt
1 2
Δt Δt uΔx / c2
1 2
Δx uΔt Δx
1 2
Δt uΔx / c2 Δt
1 2
即x 0, t 0时 ，t ux / c2
二、洛仑兹变换
惯性系S、S ′，在 t = t ′= 0时，原点重合，S ′以u 相对 S 系沿
x 轴正向匀速运动。某事件P，在 S 和S ′系中的时空坐标分别为：
y
y
S : P(x , y , z ,t ) S : P( x', y', z', t' )
S
S
u •P(x, y, z, t)
(x, y, z, t)
解 取速度为－ 0.9c 的飞船
为S 系，地面为S ′系。
u = 0.9 c v′ x = 0.9 c
y S
y 0.9c
Sx
O
0.9c x
vx
vx u 1 uvx / c2
0.9c 0.9c 1 0.9 0.9
0.994c
说明 洛仑兹变换中 vx 0.994c,这和伽利略变换的结果
vx v'x u是不1同.8的c 。
《狭义相对论的基本原理》 知识清单
《狭义相对论的基本原理》知识清单一、狭义相对论的背景在 19 世纪末，经典物理学在解释许多物理现象时遇到了困难。
比如，麦克斯韦方程组预言了电磁波的存在，并得出电磁波在真空中的速度是一个常数。
但按照经典力学的速度叠加原理，不同惯性系中测量的光速应该是不同的，这就产生了矛盾。
同时，在研究高速运动的微观粒子时，经典物理学的理论也无法给出准确的描述。
正是在这样的背景下，爱因斯坦提出了狭义相对论，对经典物理学进行了重大的修正和拓展。
二、狭义相对论的两个基本原理1、相对性原理相对性原理指出，物理规律在所有惯性系中都是相同的。
这意味着无论我们处于哪个匀速直线运动的惯性参考系中，进行物理实验所得到的结果应该是一样的。
打个比方，如果在一个匀速直线运动的火车厢里做一个物理实验，比如测量小球的下落轨迹，同时在地面上也做同样的实验，只要忽略外界的影响，两个实验的结果应该是相同的。
这就打破了牛顿力学中绝对空间和绝对时间的观念，因为在牛顿力学中，存在一个绝对静止的参考系，而相对性原理否定了这种绝对的参考系。
2、光速不变原理光速不变原理是指真空中的光速在任何惯性系中都是恒定不变的，与光源和观察者的相对运动无关。
假设一个光源向各个方向发出光，无论观察者是静止的还是以一定速度运动，他们测量到的光速都是相同的。
这与我们日常生活中的经验似乎相悖，因为当我们观察一辆行驶中的汽车发出的声音时，声音的速度会因为观察者和汽车的相对运动而有所不同。
但对于光，情况却完全不同，光速始终保持不变。
三、洛伦兹变换为了从数学上描述狭义相对论中的物理量在不同惯性系之间的变换关系，引入了洛伦兹变换。
洛伦兹变换取代了经典力学中的伽利略变换。
在低速情况下，洛伦兹变换可以近似为伽利略变换，但在高速情况下，两者的差异就变得非常显著。
通过洛伦兹变换，可以得到时间和空间的坐标在不同惯性系之间的关系。
比如，一个事件在一个惯性系中的时间和空间坐标，通过洛伦兹变换可以计算出在另一个惯性系中的相应坐标。
大学物理曲晓波-第6章 狭义相对论
x
x u t 1 u2 /c2
洛 仑
y
y
兹 z z
逆 变 换
t
t
ux c2
1 u2 /c2
洛伦兹逆变换只是把洛伦兹变换中的u→ - u，x与x’，
y与y’，z与z’交换位置。
说明：
①洛伦兹变换表示同一事件在不同惯性系中时空坐标的变换关系。 规定每个惯性系使用对该系统为静止的时钟和尺进行量度。
在所有惯性系中，物理定律的表达形式都相同。这就是爱因 斯坦相对性原理，即相对性原理。
此原理说明所有惯性系对于描述物理规律都是等价的，不存 在特殊的惯性系。可以看出，爱因斯坦相对性原理是力学相对 性原理的推广。
由此可得出，在任何惯性系中进行物理实验，其结果都是一 样的，运动的描述只有相对意义，而绝对静止的参考系是不存 在的。因此不论设计力学实验，还是电磁学实验，去寻找某惯 性系的绝对速度是没有意义的。
S 系v 中 x d d x t,v y d d y t,v z d d z t
v
x
vx 1
u
uvx c2
速 度 变 换
v
y
vy
1 u2 /c2
1
uvx c2
v
z
vz
1 u2 /c2
1
uvx c2
vx
v
x
1
u
u v x c2
速 度 逆 变 换
v
y
v
y
1 u2 /c2Biblioteka 1u v x c2
vz
v
z
1 u2 /c2
1
u v x c2
讨论：
①当u,v（vx,vy,vz)远小于光速ｃ时，相对论速度变换式退化
狭义相对论的基本原理与实验验证
狭义相对论的基本原理与实验验证狭义相对论，由爱因斯坦于1905年提出，是现代物理学的重要理论之一。
它在描述高速相对运动物体时，对于时间、空间和质量的变化提供了全新的视角。
本文将从狭义相对论的基本原理、实验验证、应用及其他专业性角度等四个方面对该理论进行详细解读。
首先，我们来了解狭义相对论的基本原理。
狭义相对论的基本原理包括两个关键概念：相对性原理和光速不变原理。
相对性原理指出自然法则在任何相互匀速运动的参考系中都是相同的，即无法通过相对运动来测定自身的运动状态。
光速不变原理指出光速在任何参考系中都是不变的，不受光源或观测者速度的影响。
这两个原理对于重新定义时间、空间和质量的观念提供了基础。
为了验证狭义相对论的理论，科学家们进行了许多重要的实验。
其中最著名的实验是麦克斯韦实验和麦氏-莫雷实验。
麦克斯韦实验是为了验证光速不变原理，通过测量光在不同参考系中的传播速度，结果发现光速确实在不同参考系中保持不变。
而麦氏-莫雷实验则是为了验证相对性原理，通过测量垂直于运动方向的光速是否有差异，结果也发现光速不受运动影响。
这些实验证明了狭义相对论的基本原理是正确的。
狭义相对论的应用广泛，其中最重要的应用之一是GPS导航系统。
由于GPS卫星高速运行，所处的引力场也较地球表面不同，导致时间在GPS卫星与地面接收器之间存在微小差异。
这种时间差异如果不考虑狭义相对论的修正，可能导致导航的误差。
因此，在GPS系统中需要对相对论修正进行精确计算，以确保导航定位的准确性。
除了GPS导航系统外，狭义相对论的应用还涉及到粒子物理学、核物理学以及黑洞等领域的研究。
在粒子物理学中，狭义相对论对高能粒子的运动轨迹和反应过程提供了重要的理论基础。
在核物理学中，狭义相对论揭示了质能关系的实质，即E=mc²，它将质量与能量紧密联系起来。
在黑洞研究中，狭义相对论的概念和公式被用来描述黑洞的形成和属性，为进一步研究宇宙演化提供了理论依据。
狭义相对论的原理和实验验证
狭义相对论的原理和实验验证狭义相对论是描述物体的运动状态和互相作用的一种非常重要的物理理论，对于解决各种粒子和宏观物体之间的关系有着重要的价值。
下面我们将分析一下狭义相对论的基本原理以及如何利用实验验证狭义相对论的正确性。
狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理主要是以光速不变原理为基础。
在某个具有恒速运动的参考系中，光的速度是不变的。
而这个系统中的其他参考系也能够观测到这个光源的发射和接收以及发生在光源和接收器之间的光的相互作用。
这意味着如果光的速度不变，那么时间和空间将会受到影响。
相对论的第一个基本原理：光速不变原理也就是相对所有的惯性观测者，光在真空中的速率都是常数C，即在相对论的场合下我们看到光传播速度不变，不但不会受到光源本身的速度影响，也不会受到观测光源的视线方向不同，视线相对速度不同的影响。
这是超乎我们日常经验的，没有必要在这里对此进行深入的探究，深入探究是需要懂量子力学和现代时空理论的人，不然大概率可能无法弄懂的一粒基本粒子物理。
相对论的第二个基本原理：等效原理这个等效原理是关于运动状态的，它是指在惯性系中，任何物理现象的质量与这个物体的大小、内部细节并无关系。
因为关于空间的变化，其主要是由于观测者在不同的动量状态下对空间的基准标尺之间的差异，具体来说就是因为光在相对论下行进的速度是不变的，而光的速度是所以惯性观察者都可以测量的，是全宇宙的标准。
因此，当我们说尺寸发生了变化时，其实就是观测者空间标准未改变，而由于光的放缩而产生的效应。
实验验证狭义相对论的正确性狭义相对论与实验也有着紧密的联系。
实验的目的是为了能够验证一个理论是否正确，而狭义相对论也不例外。
通过实验，我们可以验证狭义相对论的各种假说是否确实就是真实的规律，并且可以定量的测试狭义相对论所预测的结果是否可信。
例如，我们可以通过对利用已知脉冲星系统测定出自行速度H_0不为零的银河系的真实四个自空间速度，同时考虑到所观测到的背景辐射的效应，利用当今的精密实验技术。
狭义相对论及其效应解释
狭义相对论及其效应解释狭义相对论是阐述物体在高速运动中的物理规律的一种理论框架。
爱因斯坦于1905年提出了这一理论，从根本上改变了人们对于时间、空间和相对性的认识。
狭义相对论描述了在相对运动的参考系中物体的行为，并揭示出一些奇特的物理现象。
本文将重点探讨狭义相对论的基本原理以及其相关效应的解释。
首先，狭义相对论的基本原理之一是光速不变原理。
根据爱因斯坦的理论，光的速度在任何参考系下都是一个恒定的值。
这意味着，无论光线相对于观察者是静止的还是以光速运动，它的速度都是不变的。
这一基本原理奠定了整个相对论理论的基础，并使得时间和空间的观念受到了重新定义。
其次，根据狭义相对论，时间和空间是相互关联的。
相对于静止的观察者而言，高速运动的物体会出现时间的膨胀现象，即时间会变慢。
这是因为物质的速度接近光速时，时间运行的速度相对较慢。
这一效应被称为时间膨胀。
因此，我们可以说，物质的速度越快，时间就会相对变慢。
这一效应在实际应用中得到了验证，例如高速飞行的飞机上的时钟会比地面上的时钟慢一些。
此外，空间的收缩效应也是狭义相对论的一个重要效应。
根据相对论，当物体接近光速时，它在运动方向上的长度会相对变短。
这一效应被称为洛伦兹收缩，它导致了物体在高速运动时看起来比实际更短。
这一效应也通过实验证据得到了验证，例如以接近光速旅行的粒子加速器中观察到的粒子在运动方向上的长度相对缩短。
此外，狭义相对论还包括了同时性的相对性原理。
这一原理意味着，在不同的参考系中，可以同时发生的两个事件在观察者的角度可能是先后发生的。
这是由于光的传播速度是有限的，观察者所接收到的信号有一定的传播时间。
因此，同时性的定义在不同的参考系中是相对的。
最后，狭义相对论的效应还包括了能量和质量的等效性。
根据相对论，质能等效原理指出物体的能量和质量之间存在着等效关系。
当物体的速度越接近光速时，它的质量会变得越大。
这可以以著名的质能等式E=mc²来体现，其中E代表能量，m代表质量，c代表光速。
狭义相对论发现史
狭义相对论发现史革命性的发现——狭义相对论发现史当人们提起狭义相对论，这个十分盛行的物理理论，总是会想到爱因斯坦那个声名显赫的人物。
不过，在20世纪初期，却不能只关注一个人，多个研究者也参与了这项发现史中的创新。
把有限光速运用到大规模宇宙解释中，则是一个新的天文学方向，而建立狭义相对论，则才能准确地解释宇宙的法则。
与其他人一起推动狭义相对论的发展，有至少三个重要的国家：波兰、德国、瑞士。
在包括费曼和爱因斯坦在内的几位科学家的努力下，费曼的转换有效导航在狭义相对论的发现之路上也同样扮演者关键角色。
1905年，费曼开始发表了他关于光速有限性以及分离假说的重要论文，这些论文都引起了很大的反响。
几月后，他提出了世界有限性的猜想，这极大地加强了德国理论物理学家布莱希特拉斯当时的观点，因为他坚信绝对视线存在着有限速度。
令人惊讶的是，费曼在1907年就已经精确地描述了物体由多边形向线段转移的过程，并做出了相应的公式推算，这也是构成狭义相对论的基础。
如此这般，在大约一年的时间里，费曼已经完成了相对论的基本概念，可以说，他的研究项目成功地解决了集圆周率的数学难题。
费曼的研究成果开发了一些令人惊叹的结论，最重要的一点就是：如果观测者和被观测者之间的速度差距较大，观测者就会发现接近其传送点的各种变量——时间、距离等，都会相对被观测者而言发生明显变化。
费曼的成果得到了新的革新性研究。
在"光学和空间领域的基本形式的研究"（1909）中，爱因斯坦建立了一种狭义相对论的初步形式，通过有限光速观念来赋予物体它们自身的引力。
而费曼也支持着他，最终形成了狭义相对论的最终形式。
此外，在费曼论文中就概述了“等时原理”，这意味着在任何运动状态下，它可以以相同的速度测量光程，也就意味着太阳系与地球的行星距离改变。
等时原理也在推动狭义相对论发展，因为它表明光的行进模式不稳定，而且关于它的实验发现，基本上都支持了费曼的理论。
物理学史6.2 爱因斯坦创建狭义相对论
6.2爱因斯坦创建狭义相对论的经过爱因斯坦是德国人，有犹太血统， 1900年毕业于瑞士苏黎世工业大学，1901年入瑞士国籍，大学毕业两年后才在伯尔尼瑞士专利局找到技术员的工作。
就在专利局工作期间，1905年头几个月一连发表了四篇重要论文，分别在辐射理论、分子运动论和力学与电动力学的基础理论等三个不同的领域提出了新的见解。
其中《论动体的电动力学》一文更具有划时代的意义，文中第一次提出了崭新的时间空间理论，一举解决了光速的不变性与速度合成法则之间的矛盾以及电磁理论中的不对称等难题。
爱因斯坦把这个理论称为相对性理论，简称相对论，后来又叫狭义相对论。
狭义相对论是爱因斯坦伟大的一生中取得的第一项重大成果，是他在前人的基础上经过长期的酝酿和探索才取得的。
我们在学习相对论时，很自然要问，为什么是爱因斯坦而不是别人创建了狭义相对论？爱因斯坦受到过那些启发，抓住了什么关键，找到了什么突破口，才取得如此重大的成果的呢？根据爱因斯坦1946年写的《自述》①和1922年在日本京都大学的讲演：《我是怎样创立狭义相对论的？》②以及其它资料，我们可以追溯他走过的道路。
早在16岁（1895年）时，爱因斯坦就开始思考这样一个问题：“如果我以速度c （真空中的光速）追随光线运动，我应当看到这样一条光线就好象一个在空中振荡着而停滞不前的电磁场。
可是无论是依据经验，还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这样的事情。
”这是一个悖论，实际上包含了狭义相对论的萌芽。
爱因斯坦对这个问题的思考，经历了很长的过程。
他回忆说：“最初当我有这个想法时，我并不怀疑以太的存在，不怀疑地球相对以太的运动”。
甚至他还设想用热电偶做一个实验，比较沿不同方向的两束光线所放出的热量。
不久爱因斯坦得知迈克耳孙-莫雷实验的零结果。
他由此认识到，地球相对于以太的运动是不能用任何仪器测量的。
他继续回忆说：“如果承认迈克耳孙的零结果是事实，那么地球相对于以太运动的想法就是错的，这是引导我走向狭义相对论的第一步。
《物理学史》问答题
一、判断题1.中国古代得五行就是指:金木水火土。
2.“宇”指得就是空间,“宙”指得就是时间。
3.《梦溪笔谈》得作者就是张衡《梦溪笔谈》,北宋科学家、政治家沈括(1031-1095)撰。
4.《考工记》中记述了中国古人得测量技术。
5.日晷就是用来测时间得,漏刻就是用来测方向得。
刻漏,中国古代汉族科学家发明得计时器。
6.春秋时代,有几何光学,力学等研究成果在物理学史上有名得著作就是《墨经》。
《墨经》——中国战国时期后期墨家得著作。
包含了丰富得关于力学、光学、几何学、工程技术知识与现代物理学、数学得基本要素。
7.沈括认为丝悬法就是架设指南针得最好方法。
8.世界上第一台测定地震方位得仪器叫“侯风地动仪”,它得发明者就是张衡二、思考题1.古希腊科学家亚里士多德提出了“地球就是个球体”这一论断,在其《天论》一文中给出了三个论据,其论据就是？一类就是月蚀中得地影与旅游者由北向南瞧见星座得出现与消失,这就是经验式得归纳;另一类就是她得演绎证明:地球各部分都因天然运动涌向中心,因此只能就是球形。
1)由于月亮被蚀时得缺口总就是弧形得;2)从旅行中知道,在越就是往南得地区瞧星空,北极星就越就是靠近地平线;3)瞧远处驶来得帆船时,首先瞧到露出海平面得一定就是船帆、然后才就是船身。
2、简述阿基米德在物理学上得贡献。
阿基米德在物理学上得主要贡献就是从数学上证明了有关静力学方面得基本定律:⑴杠杆定律得数学证明;⑵重心得概念以及各种形状物体重心得求法;⑶阿基米德浮力定律。
3、简述关于光得本质得争论。
在17世纪,主张波动说得有笛卡尔、胡克与惠更斯等人,主张微粒说得有伽迪桑与牛顿。
进入1800年,由于英国医生托马斯·杨与法国工程师菲涅耳得工作,使波动说又重新提出,并取得成功。
1865年,麦克斯韦电磁场理论建立,说明电磁波以光速传播,所以光就是一种电磁现象。
光得本性问题只有随着量子力学与近代光学得发展,才更全面地为人们所认识。
狭义相对论的发展史
狭义相对论的发展史狭义相对论是一门探讨时空结构和物质运动规律的理论，由德国物理学家爱因斯坦于1905年提出并发展起来。
狭义相对论的发展历程可以追溯到19世纪末的电磁学理论。
19世纪末，电磁学理论的发展取得了巨大的成就，麦克斯韦方程组的建立使人们对电磁场的本质有了更深入的认识。
然而，当科学家们试图将电磁学理论与牛顿力学统一时，却遇到了困难。
根据经典力学，光在空气中的速度应该是一个固定值，而根据电磁学理论，光在空气中的速度应该受到空气中电荷的影响。
这一矛盾引发了科学家们对时空结构和物质运动规律的重新思考。
在此背景下，爱因斯坦在1905年提出了狭义相对论。
狭义相对论主要包括两个基本假设：光速不变原理和等效原理。
光速不变原理指出，光在真空中的速度是一个恒定不变的值，与光源的运动状态无关。
等效原理则认为，惯性系中的物理规律在所有惯性系中都成立。
这两个基本假设打破了牛顿力学的观念，改变了人们对时空结构的认识。
根据狭义相对论的基本原理，爱因斯坦推导出了著名的洛伦兹变换，描述了时空坐标系的变换规则。
洛伦兹变换使得时间和空间的测量在不同惯性系中都具有相对性，即观察者的运动状态会影响到时间和空间的测量结果。
这种观念的提出颠覆了牛顿力学中绝对时间和空间的观念，引发了科学界的轰动。
狭义相对论的提出并没有立即得到广泛的认可和应用，科学界对这一新理论持有怀疑态度。
然而，随着实验证据的不断积累，狭义相对论逐渐被证实。
著名的迈克尔逊-莫雷实验以及后来的时间膨胀实验等都提供了对狭义相对论的有力支持。
狭义相对论的发展也催生了许多重要的物理学概念和理论。
爱因斯坦提出了质能关系E=mc²，揭示了质量和能量之间的等价关系。
此外，爱因斯坦还发展了相对论力学，解决了牛顿力学无法解释的一些现象，如光电效应和电子的相对论运动等。
狭义相对论的发展对物理学产生了深远的影响。
它不仅推动了时空结构和物质运动规律的研究，也对现代科技的发展做出了巨大贡献。
狭义相对论的两个原理和两个条件
狭义相对论的两个原理和两个条件狭义相对论的两条基本原理是什么?狭义相对论的两条基本原理是狭义相对性原理和光速不变原理。
1、狭义相对性原理一切物理定律（除引力外的力学定律、电磁学定律以及其他相互作用的动力学定律）在所有惯性系中均有效；或者说，一切物理定律（除引力外）的方程式在洛伦兹变换下保持形式不变。
不同时间进行的实验给出了同样的物理定律，这正是相对性原理的实验基础。
2、光速不变原理光在真空中总是以确定的速度c传播，速度的大小同光源的运动状态无关。
在真空中的各个方向上，光信号传播速度（即单向光速）的大小均相同（即光速各向同性）。
光速同光源的运动状态和观察者所处的惯性系无关。
这个原理同经典力学不相容。
有了这个原理，才能够准确地定义不同地点的同时性。
爱因斯坦狭义相对论的两个基本原理爱因斯坦狭义相对论是一种物理学理论，用于解释物质和能量如何在宇宙中运动。
它是爱因斯坦在20 世纪初期提出的，并成为现代物理学的基础之一。
狭义相对论的两个基本原理是：基本不变性原理：所有的观察者，无论他们的相对运动如何，都应该观察到光的速度是相同的。
这意味着，对于不同的观察者来说，光的速度是不受他们的速度的影响的。
引力与加速度的等价原理：所有的质体都应该受到相同的引力作用。
这意味着，无论质体处在什么加速度环境中，它们都应该表现出相同的运动规律。
例如，在地球表面上落下的两个质体，不论它们的质量和形状如何，都应该以相同的加速度掉落。
这两个原理都是爱因斯坦狭义相对论的核心部分，并且在现代物理学中被广泛使用。
它们提供了一种更加精确的方法来解释宇宙中的自然现象，并为我们对宇宙的理解提供了基础。
一、狭义相对论的两个基本假设1、狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。
2、光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。
二、广义相对论：1、广义相对性原理和等效原理①广义相对性原理：在任何参考性中，物理规律都是相同的；②等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。
相对论的基本原理和实验验证
相对论的基本原理和实验验证相对论是一门独具特色的物理学理论，由爱因斯坦于20世纪初提出。
相对论的基本原理包括狭义相对论和广义相对论，两者分别适用于相对运动和引力场的情况。
本文将介绍相对论的基本原理以及几个著名的实验验证。
1. 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理源于爱因斯坦对光速不变原理的思考。
即使在不同的参考系中，光速在真空中的传播速度都是恒定的。
根据这一原理，爱因斯坦提出了两个重要的理论基石：时间的相对性和长度的相对性。
相对论中的时间相对性指的是不同参考系中的时间流逝速度不同。
当两个物体相对运动时，它们的时间流逝速度会发生相对变化。
这种效应被称为时间膨胀。
一种著名的实验证明了时间膨胀的存在，即双子星实验。
假设有一对双胞胎，其中一个人飞离地球并以接近光速的速度飞行，然后返回地球。
结果表明，由于相对论效应，离开地球的双胞胎年龄相对于地球上的双胞胎来说要慢。
另一个狭义相对论中的基本原理是长度的相对性。
当物体相对运动时，其长度会发生压缩。
这种效应被称为长度收缩。
尽管在我们日常生活中无法感受到这种效应，但实验证明了它的存在。
例如，钟差实验中，两个相对运动的钟放置在静止状态的钟旁边。
结果显示，相对运动的钟因为长度收缩而比静止状态的钟慢。
2. 广义相对论的基本原理广义相对论基于弗里德曼提出的弯曲时空的概念，它描述了物体在强引力场中的运动。
广义相对论的核心原理是质量和能量会弯曲时空，从而影响到物体的运动轨迹。
广义相对论的一个重要预言是引力透镜效应。
引力透镜是指质量大的物体会弯曲周围的时空，类似于透镜将光线偏折一样。
这意味着光线经过质量大的物体附近时会发生偏折。
这一效应在1919年的日食观察中首次得到了验证，并且获得了公认。
除了引力透镜效应，还有一个重要的实验证明了广义相对论的存在，即时间延展效应。
根据广义相对论，强引力场中的时间流逝速度要比弱引力场中的时间流逝速度慢。
这一效应在1962年的实验中首次实验证实。
物理学史6.3 狭义相对论被人们接受的经过
6.3狭义相对论被人们接受的经过由于人们的思想长期受到传统观念的束缚，一时难于接受崭新的时空观，爱因斯坦的论文发表后，相当一段时间受到冷遇，被人们怀疑甚至遭到反对。
在法国，直到1910年几乎没有人提到爱因斯坦的相对论。
在实用主义盛行的美国，最初十几年中也没有得到认真对待。
迈克耳孙至死（1931年）还念念不忘“可爱的以太”，认为相对论是一个怪物。
英国也不例外，在人们的头脑里以太的观念太深了，相对论彻底否定以太的必要性，被人们看成是不可思议的事。
当时甚至掀起了一场“保卫以太”的运动。
J.J.汤姆生在1909年宣称：“以太并不是思辨哲学家异想天开的创造，对我们来说，就象我们呼吸空气一样不可缺少”①。
1911年美国科学协会主席马吉（M.F.Magie）说：“我相信，现在没有任何一个活着的人真的会断言，他能够想象出时间是速度的函数。
”被爱因斯坦誉为相对论先驱的马赫，竟声明自己与相对论没有关系，“不承认相对论”。
有一位科学史家叫惠特克（S.E.Whittaker）在写相对论的历史时，竟把相对论的创始人归于彭加勒和洛仑兹，认为爱因斯坦只是对彭加勒和洛仑兹的相对论加了一些补充。
爱因斯坦是1922年获诺贝尔物理奖的。
不过不是由于他建立了相对论，而是“为了他的理论物理学研究，特别是光电效应定律的发现”。
诺贝尔物理奖委员会主席奥利维亚（Aurivillus）为此专门写信给爱因斯坦，指明他获奖的原因不是基于相对论，并在授奖典礼上解释说：因为有些结论目前还正在经受严格的验证。
普朗克和闵可夫斯基（H.Minkowski）可以说是支持相对论的代表。
正是普朗克，当时作为《物理学年鉴》的主编，认识到爱因斯坦所投论文的价值，及时地予以发表。
所以人们常说，普朗克有两大发现，一是发现了作用量子，二是发现了爱因斯坦。
他的学生劳厄在1911年就致力于宣传相对论，大概也是受了他的影响。
闵可夫斯基本是爱因斯坦的老师，1908年发表《空间与时间》一文，把空时-时间合并成四维空间，重新处理了相对论的基本方程，把洛仑兹变换看成是空间-时间四维坐标的变换。
2、狭义相对论的产生以及科学界最初的反应
2、狭义相对论的产生以及科学界最初的反应古希腊有哲言说：“讲真理要使人愉快，不要讲令人不愉快的真理。
”本来真理理应是令人愉快的，可是，历史的事实却是，新真理刚产生的时候往往令很大一部分人不愉快。
这其中的原因，一方面可能来自新真理在产生过程中由于备受压抑，因此，在它真正站立起来时，容易对旧真理采取过份排斥的态度，使之没有能处理好与旧真理的关系而遭到反感。
另一方面可能来自坚持旧真理的人在旧真理中加进去一些私人的东西，把人家对旧真理的反对看作是对他的反对。
狭义相对论是研究时空性质与物质运动关系的科学理论。
自从1905年爱因斯坦发表《论运动物体中的电动力学》一文为标志宣告诞生以来，至今已过百年了。
在当时经典物理学陷入严重危机，科学界众说纷纭、莫衷一是的情况下，爱因斯坦独辟蹊径，从一个新的视角研究了整个问题，提出了一系列新概念、新原理，建立了狭义相对论的理论体系。
不仅解决了当时科学界所面临的一系列疑难问题，还为以后物理学的发展开辟了一条新的道路，为现代物理学的建立奠定了基础。
百多年来，相对论在全世界广泛传播，被应用于各个学科领域，取得了辉煌的成就，在科学界赢得了崇高的地位。
爱因斯坦在这一领域为人类做出了开拓性的贡献。
1905年，年仅26岁的爱因斯坦先生，把一篇题为“论动体的电动力学”的论文署上了他个人的作者名字后，交到了时任德国《物理学杂志》（annalen der physic）编辑的柏林大学物理教授M.普朗克的手里。
普朗克其时在病床边是否看懂了爱因斯坦的论文，旁人不得而知。
但今天我们知道，普朗克曾将该文请伯尔尼的格鲁涅尔教授审阅，格鲁涅尔看过之后，又请物理学教授福尔斯特审阅。
两教授最终审阅的结论是“不知所云”。
【1】洛仑兹的理论是以静止以太为出发点，在保持麦克斯韦方程不变的条件下创立起来的“构造性”理论；而爱因斯坦的狭义相对论是在相对性原理和光速不变原理的基础上创建的“原理性”理论。
据玻恩回忆说：“我在洛仑兹逝世前几年看望他时，他对相对论的怀疑态度没有改变。
狭义相对论
狭义相对论的主要成就相对论作为爱因斯坦终生事业的标志是他的相对论。
1905年，在他26岁时，法文科学杂志《物理年鉴》刊登了他的一篇论文，《论动体的电动力学》的论文中，完整地提出了狭义相对论，在很大程度上解决了19世纪末出现的经典物理学的危机，推动了整个物理学理论的革命。
提起狭义相对论，很多人马上就想到钟表慢走和尺子缩短现象。
许多科学幻想作品用它作题材，描写一个人坐火箭遨游太空回来以后，发现自己还很年轻，而孙子已经变成了老头。
其实，钟表慢走和尺子缩短只是狭义相对论的几个结论之一，它是指物体高速运动的时候，运动物体上的时钟变慢了，尺子变短了。
钟表慢走和尺子缩短现象就是时间和空间随物质运动而变化的结果。
狭义相对论还有一个质量随运动速度而增加的结论。
实验中发现，高速运动的电子的质量比静止的电子的质量大。
狭义相对论最重要的结论是使质量守恒失去了独立性。
它和能量守恒原理融合在一起，质量和能量可以互相转化。
如果物质质量是M，光速是C，它所含有的能量是E，那么E=MC^2。
这个公式只说明质量是M的物体所蕴藏的全部能量，并不等于都可以释放出来，在核反应中消失的质量就按这个公式转化成能量释放出来。
按这个公式，1克质量相当于9X10^3焦耳的能量。
这个质能转化和守恒原理就是利用原子能的理论基础。
爱因斯坦于1922年12月有4日，在日本京都大学作的题为《我是怎样创立相对论的？》的演讲中，说明了他关于相对论想法的产生和发展过程。
他说：“关于我是怎样建立相对论概念这个问题，不太好讲。
我的思想曾受到那么多神秘而复杂的事物的启发，每种思想的影响，在生活幸福论概念的发展过程中的不同阶段都不一样……我第一次产生发展相对论的念头是在17年前，我说不准这个想法来自何处，但是我肯定，它包含在运动物体光学性质问题中，光通过以大海洋传播，地球在以太中运动，换句话说，即以太阳对地球运动。
我试图在物理文献中寻找以太流动的明显的实验证据，蓝天是没有成功。
狭义相对论的产生及其传播
狭义相对论粗略地说是区别于牛顿时空观的一种新的时空理论，是A.爱因斯坦于1905年建立的，“狭义”(或“特殊”)表示它只适用于惯性参照系。
只有在观察高速运动现象时才能觉察出这个理论同经典物理学对同一物理现象的预言之间的差别。
现在，狭义相对论在许多学科中有着广泛的应用，它和量子力学一起，已成为近代物理学的两大基础理论。
狭义相对论的产生 狭义相对论是在光学和电动力学实验同经典物理学理论相矛盾的激励下产生的。
19世纪末到20世纪初，人们发现了不少同经典物理学理论相抵触的事实。
①运动物体的电磁感应现象。
例如一个磁体和一个导体之间的电动力的相互作用现象，表现出运动的相对性──无论是磁体运动导体不动，还是导体运动磁体不动,其效果一样,只同两者的相对运动有关。
然而，经典的麦克斯韦电磁场理论并不能解释这种电磁感应的相对性。
②真空中的麦克斯韦方程组在伽利略变换下不是协变的，从而违反了经典物理学理论所要求的伽利略变换下的不变性。
③测定地球相对于“光媒质”运动的实验得到否定结果，同经典物理学理论的“绝对时空”概念以及“光媒质”概念产生严重抵触。
爱因斯坦在青年时代深入思考了这些实验现象所提出的问题，形成了一些重要的新的物理思想。
他认为"光媒质"或“光以太”的引入是多余的，电磁场是独立的实体；猜想到电动力学和光学的定律同力学的定律一样，应该适用于一切惯性坐标系。
他还认为，同时性概念没有绝对的意义。
两个事件从一个坐标系看来是同时的，而从另一个相对于这个坐标系运动着的坐标系看来，它们就不能再被认为是同时的。
在这些物理思想的推动下，爱因斯坦提出了两个公设：①凡是对力学方程适用的一切坐标系，对于电动力学和光学的定律也一样适用；②光在真空中的速度同发射体的运动状态无关。
爱因斯坦在这两个公设的基础上建立了狭义相对论。
惯性参照系 要描写物体的运动，就得选取一个参照系，或坐标系。
例如，可以用三根无限长的理想刚性杆（没有重量、不会因外界的影响而变形等）做成互相垂直的标架，叫做笛卡儿坐标架，用以描写空间任意点的位置,任意点到原点的距离由标准尺子度量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6.3狭义相对论被人们接受的经过
由于人们的思想长期受到传统观念的束缚，一时难于接受崭新的时空观，爱因斯坦的论文发表后，相当一段时间受到冷遇，被人们怀疑甚至遭到反对。
在法国，直到1910年几乎没有人提到爱因斯坦的相对论。
在实用主义盛行的美国，最初十几年中也没有得到认真对待。
迈克耳孙至死（1931年）还念念不忘“可爱的以太”，认为相对论是一个怪物。
英国也不例外，在人们的头脑里以太的观念太深了，相对论彻底否定以太的必要性，被人们看成是不可思议的事。
当时甚至掀起了一场“保卫以太”的运动。
J.J.汤姆生在1909年宣称：“以太并不是思辨哲学家异想天开的创造，对我们来说，就象我们呼吸空气一样不可缺少”①。
1911年美国科学协会主席马吉（M.F.Magie）说：“我相信，现在没有任何一个活着的人真的会断言，他能够想象出时间是速度的函数。
”被爱因斯坦誉为相对论先驱的马赫，竟声明自己与相对论没有关系，“不承认相对论”。
有一位科学史家叫惠特克（S.E.Whittaker）在写相对论的历史时，竟把相对论的创始人归于彭加勒和洛仑兹，认为爱因斯坦只是对彭加勒和洛仑兹的相对论加了一些补充。
爱因斯坦是1922年获诺贝尔物理奖的。
不过不是由于他建立了相对论，而是“为了他的理论物理学研究，特别是光电效应定律的发现”。
诺贝尔物理奖委员会主席奥利维亚（Aurivillus）为此专门写信给爱因斯坦，指明他获奖的原因不是基于相对论，并在授奖典礼上解释说：因为有些结论目前还正在经受严格的验证。
普朗克和闵可夫斯基（H.Minkowski）可以说是支持相对论的代表。
正是普朗克，当时作为《物理学年鉴》的主编，认识到爱因斯坦所投论文的价值，及时地予以发表。
所以人们常说，普朗克有两大发现，一是发现了作用量子，二是发现了爱因斯坦。
他的学生劳厄在1911年就致力于宣传相对论，大概也是受了他的影响。
闵可夫斯基本是爱因斯坦的老师，1908年发表《空间与时间》一文，把空时-时间合并成四维空间，重新处理了相对论的基本方程，把洛仑兹变换看成是空间-时间四维坐标的变换。
这样就可以使相对论的规律以更加简洁的形式表达出来。
关于狭义相对论受人们怀疑和反对的情况，可以举电磁质量的实验检验来作些说明（注）。
狭义相对论有一重要结果，就是预言电子质量会随运动速度增长。
从经典电磁理论出发也可以得到类似的结论，因为运动电荷会产生磁场，电磁场的能量增大，相当于质量也增大。
经典电磁理论家阿伯拉罕（M.Abraham）假设电子是一个有确定半径的钢性带电小球，它在运动中产生的磁场引起电磁质量，由此推出了电子的质量公式。
1901年，实验物理学家考夫曼用β射线的高速电子流进行实验，证实电子的质量确实是随速度变化的。
洛仑兹到1904年则根据收缩假说也推出了电子质量公式。
后来证明洛仑兹公式与狭义相对论的结果一致。
1906年，考夫曼宣布，他的量度结果证实了阿伯拉罕的理论公式，而“与洛仑兹-爱因斯坦的基本假定不相容”。
这件事一度竟成了否定相对论的重要依
据。
在这一事实面前，洛仑兹失望了，他表示，“不幸我的电子变形假说与考夫曼的新结果矛盾，我只好放弃它了。
”①
然而，爱因斯坦却持另一种态度，他在1907年写文章表示，相信狭义相对论是经得起考验的，在他看来那些理论在很大的程度上是由于偶然碰巧与实验结果相符。
果然，一年后布雪勒（A.H.Bucherer）用改进了的方法测电子质量，得到的结果与洛仑兹-爱因斯坦公式符合甚好。
以后许多实验都证明，狭义相对论的结果是正确的。
可是，观念的改变不是一朝一夕之事。
1911年索尔威会议召开，由于爱因斯坦在固体比热的研究上有一定影响，人们才注意注参看5.2.3节。
到他在狭义相对论方面的工作。
只是到了1919年，爱因斯坦的广义相对论得到了日全食观测的证实，他成为公众注目的人物，狭义相对论才开始受到应有的重视。
① S.Goldberg，HSPS，vol.2（1970），p.88.
① ler，Einstein′s Special Theory of Relativity，Addison-Welley，1981。