狭义相对论产生的实验基础和历史条件

相对论
4–2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件
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考虑 u/c 是小量，利用近似公式
1 u 2 1 , ( ) 1 c
1 1 1 2 1
(l1 l2 ) u 2 t ( ) c c
(l1 l2 ) u 2 ( ) 应有干涉条纹移动的数目 N c c t
第4章 相对论
4–2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件
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还有不少解释„..但总有矛盾的地方。这样一来 物理学面临着一场危机，对于经典物理的大厦，人们 想扶起东墙却倒了西墙，想扶起西墙却倒了东墙。 为什么会产生这样的现象呢？因为人们受着传统 思想的束缚，仍抱着牛顿的时空观不放。抱着伽利略 坐标变换不放。在这种情况下就看谁能冲破传统思想 的束缚，就能在大量的实验事实面前创建新的理论。
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1、以太理论的提出 19世纪中期麦克斯韦建立的电磁场理论指出光 是电磁波，并提出光是在以太中传播的假说。 以太假说的主要内容是：以太是传播包括光波 在内的电磁波的弹性媒质，它充満整个宇宙空间。 以太中带电粒子振动会引起以太变形，这种变形以 弹性波的形式传播，这就是电磁波。
并且进一步认为以太就是人们一直在寻找的绝对 静止参考系，只有在这个参考系中光速才是与方向 无关的恒量。
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2、光速的困惑
狭义相对论建立以前，人们认为任何速度的叠加都满足 伽里略变换。但在光速领域里却碰到了困难。 如前所说，以太就是绝对空间。以太中电磁波沿各方向传 播的速度都等于恒量 c 。但在相对以太运动的惯性系中，按 伽利略变换，电磁波沿各方向传播的速度并不等于恒量 c ， 如下图中相对于光源运动的小车上所测得的光速。
若取 l1 l2 l，则
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2l u 2 N ( ) c
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有一部分人不相信实验的真实性，继续改进实验 设备做实验。而且春天做了夏天做，秋天做了冬天 做；平地做了高山做„实验精度越来越高，能做实 验的人越来越多，乃至几乎每个大学都能做，但结 果仍然一样，地球上的光速与地球速度无关。 洛仑兹等人提出，可能是地球拖着“以太”一道 运动，地球与以太之间没有相对运动了，当然测不出 速度的差别，但是这一想法又被天文上的“光行差实 验”所否定。“光行差实验”否定地球拖着“以太” 运动。
2
M2
V
c u
2
Biblioteka Baidul2
G1 G2 Ｐ v=c+u
u
v=c-u
V c u
l1
t2
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2l2 c2 u 2
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l1 l2 2 t t1 t2 [ ] c 1 ( u )2 u 2 1 ( ) c c 转动90，时间差为
u
v c u
u
v c u
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3、迈克耳孙—莫雷的实验分析
（1）使干涉仪的ＰＭ１ 臂沿着地球轨道运动速 度u方向。地球相对以太 速度为u，从G1到 M1光 束的速度为v=c-u；从M1 到G1光束的速度为v=c+u。 故光从G1点经M1返回的 时间为t1
2 t t t [ c
' ' 1 ' 2
l2 ] u 2 1 ( u )2 1 ( ) c c
l1
干涉仪转动前后，光通过两臂时间差的改变量为：
2(l1 l2 ) 1 1 t t t [ ] u c u 2 1 ( )2 1 ( ) c c
'
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M2
M1/
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面 光 源
G1 Ｐ
G2
1
M1
v=c+u v=c-u
u
l1 l1 2l1c t1 2 c u c u c u2
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(2) 设光束从G1经M2反射 回G1共需时间为t2 光相对地面 的速度为V, 根据经典相 对速度公式
爱因斯坦则抛弃以太（即否定绝对静止参考系 的存在），建立相对论，并提出了全新的时、空观。
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