相对论的诞生PPT

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。
第十五章 相对论简介
15.1 相对论的诞生
一、问题的提出
• 如果有人对你说：“你头脑 中的一些概念是不科学的．” 你相信吗？
一、问题的提出
• 人们头脑中的概念从科学性 来讲，可以分为两类：第一 类是科学的：第二类是经验 的，但不是科学的．
一、问题的提出
• 请问： • 1、标准尺的长度静止时和运 动时的长度是一样吗？ • 2标准钟的快慢运动时和静止 时是一样吗？在高山顶和山 谷是一样吗？
对两个基本原理的正确理解
①自然规律不仅包括力学规律，还包括 电磁学规律等其他所有的物理学规律； ②真空中的光速不变指大小既不依赖于 光源或观察者的运动，也不依赖于光 的传播方向 ③几十年来科学家采用各种先进的物理 技术测量光速，结果都不违背光速不 变原理。
相对论的时空观念与人 们固有的时空观念差别 很大，很难被普通人所 理解。人们都称赞爱因 斯坦伟大，但又常常弄 不懂这伟大的内容。这 使人们想起英国诗人波 谱歌颂牛顿的诗句:
麦克尔逊莫 雷 实 验
任何参照系中测得的光在真空的速 率都应该是一样的． 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.
• 7、牛顿力学中的相对性原理： （其它表述） • （1）在任何两个惯性系中做同一 个力学实验都会得到相同的结果； • （2）用任何力学方法都无法将两 个惯性系分开； • （3）对于描述力学现象，所有的 惯系都是平权的．
三、经典物理学的困难
• 1、在经典物理学中，牛顿运动定 律能够描述所有力学现象． • 2、在电磁学领域，麦克斯韦电磁 场理论能描述所有的电磁学现 象．并指出：在任一惯性系中，光 速各向同性，大小都等于c． • 3、问题：假设光S在中的速度是c， 它在S/ 中的速度是多少？
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
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．
上述的矛盾使物理学家面临两个 选择，一是修正现有的理论，去迎 合实验结果（这相对比较容易，但 常常无效）； 另一种主张彻底摆 脱“麦克斯韦电磁理论只适用于某 一特殊的惯性系”，创立全新的理 论。爱因斯坦、庞加莱等人选择了 后者．并提出了两个假设：
四、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，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 考系中是相同的，光速与光源、 观察者间的相对运动没有关系。
二、几个经典概念和规律
• 1、空间：人们通常所说的空 间量，不外乎线的长度、平 面物曲面的面积、形体的体 积等等．它们都可以用标准 尺来量度．
二、几个经典概两个事件的时间间隔、一个 事件比另一个事件发生得早 些或晚些、两个事件同时发 生等等．原则上时间都可以 用标准钟来量度．
二、几个经典概念和规律
• 6、惯性系：牛顿运动定律成 立的参考系． • 凡是相对于惯性系做匀速直 线运动的参考系都是惯性 系．
二、几个经典概念和规律
• 7、牛顿力学中的相对性原理： 牛顿运动定律的数学形式在 所有的惯性系中都是相同的， 或者说，牛顿运动定律的数 学形式在伽利略变换是不变 的．
二、几个经典概念和规律
二、几个经典概念和规律 • 3牛顿在他所著的《自然哲学的 数学原理》一书中写道： • 绝对的空间，本质上是与外界 无关的，是同一的和静止的． • 绝对的时间，本质上是一种与 外界物体无关的均匀流动． • 这就是牛顿力学中的绝对空间 和绝对时间概念．
二、几个经典概念和规律
• 4、空时坐标 • （1）空间坐标：需要3个空 间量．比如：（x、y、z）． • （2）空时坐标：需要4个 数．比如：（x、y、z、 t）．
自然界和自然界的规律隐藏 在黑暗中，上帝说：“让牛顿 去吧，”于是一切都成为光明。 后人续写道: 上帝说完多少年 之后，魔鬼说：“让爱因斯坦 去吧，”于是一切又回到黑暗 中。
二、几个经典概念和规律
• 5、速度合成法则： / • （1）伽利略变换式： x x vt 设有两个参考系S / y y 和作匀速运动，且 / S/相对S沿X轴以速 z z 度v运动．则事件P t / t 在两坐标系中变换 关系是
二、几个经典概念和规律
• 5、速度合成法则： • （2）速度合成法则：设质点 / / 在在S 中的速度为u ，则在S 中的速度为 / • u=u +v