相对论效应
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4
将伽利略坐标变换式双方对时间求导，得：
v x v x u v v u v y v y — 伽利略速度变换 vz vz
u const. dv dv a a dt dt
牛顿力学中力和质量都与参考系的选择无关，
7
有人想找到“绝对静止”参考系，认为麦克斯韦
电磁场方程组只对“绝对静止”参考系成立。 人们假设：宇宙中充满了叫“以太（ether）”的 物质，并认为以太应该是绝对静止的参考系，电 磁波在以太中传播的速度约为 c。
按伽利略变换，电磁波相对于其他参考系(如地 球)的速率就不会各向均匀，而和此参考系相对 于“以太”的速度有关 。
4 对于 L1 L2 22m,u 310 m s, 589nm
N 0.40
但实验值为 N 0 ，这表明以太不存在，光速 与参考系无关。 迈克耳逊-莫雷实验，动摇了经典物理学的基础。
11
爱因斯坦对迈克尔逊－莫雷实验的评价：
“还在学生时代，我就在 想这个问题了。我知道迈克 耳逊实验的奇怪结果。我很 快得出结论：如果我们承认 迈克尔逊的零结果是事实， 那么地球相对以太运动的想 法就是错误的。这是引导我 走向狭义相对论的最早的想 法。”
结果：理论上可推算出有
P
A
L1
0.4 个条纹移动，干涉仪
精度为0.01个条纹，但实 验没有发现移动。
9
干涉条纹 Michelson干涉仪
以太为s系，地球为s’系
B
按照伽利略速度变换
地球公转 u
A
L2
L1 L1 2 L1 t PAP c u c u c (1 u2 c 2 )
2 y 1 2 y 机械波 2 2 2 x u t
电磁场理论给出：真空中的电磁波速（光速）为 一恒量： 1 1 c 7 12 0 0 (4 10 )(8.8510 )
2.998108 m/s 真空中光速与参考系无关（即与光源的运动和观察 者的运动无关），不服从伽利略变换。
x
x ∥ x，y ∥ y，z ∥ z，
O z
O
z
x 由时空间隔的绝对性，有：
当O 与 O 重合时， t 0 ，t 0 。
x x ut y y — 伽利略坐标变换 z z (Galilean transformation) t t
S
P
L1
v c u
2
2
2 L L 2 1 t t PBP t PAP c 1 u2 c2 1 u2 c2 ，时间间隔变成 干涉仪转90°后
t t PBP t PAP 2 L L 2 1 2 c2 c 1 u2 c2 1 u
2 L2 2L 2 t PBP c 2 u 2 c 1 u2 c 2
10
干涉仪转90°引起时间差的变化为 L1 L2 u 2 t t c c2 由干涉理论，时间差的变化引起的移动条纹数
N c( t t )
L1 L2 u 2 c2
牛顿的力学体系就是建立在绝对时空观之上。
牛顿的绝对时空观体现在伽利略变换中。
二.伽利略变换：
事件：某一时刻在空间某一地点发生的物理现象 ，用P(x,y,z,t)表示。
3
y
y
ut
u
P . (x , y , z , t )
（x, y, z, t ） u ui const.
12
爱因斯坦的观点： 物质世界的规律应该是统一的、和谐的。 麦克斯韦方程组也应对所有惯性系成立、 形式不变。 “真空中的光速始终是一个常数，与参考系无关” 是个实验事实， 应该接受。 应该对伽利略变换 进行修正！
13
6
设光源固定在地上，
在地上测得光速为c, 在匀速直线运动的小 车上测得光速也是c！
按照伽利略变换
c
u
v c u
这和我们的“速度与参考系有关”及“伽利略 速度变换”的概念完全不同：
所以麦克斯韦电磁场方程组并不具有伽利略变换 下形式不变的特点，对不同惯性系不是形式不变。
究竟是牛顿绝对时空观的的问题还是 麦克斯韦电磁场方程组的问题？
1
爱因斯坦
（Albert Einstein） （1879—1955）美籍
德国人
爱因斯坦的科学业绩 主要包括四个方面： 早期对布朗运动的研 究；狭义相对论的创 建；推动量子力学的 发展；建立了广义相 对论，开辟了宇宙学 的研究途径。
2
1921年的诺贝尔物理学奖
牛顿的绝对时空观和伽利略变换
（principle of relativity in mechanics and Galilean transformation） 一.牛顿的绝对时空观： 时间和空间都是绝对的，与物质的存在和运动无关。
这样，在地球上测光速，可能 > c或< c 寻找以太 ？
8
19 世纪末，很多精确的实验和观察都得出完全 否定的结果 ，在任何参考系中测得的光在真空中 的速率均为ｃ 。
1. Michelson-Morlay 实验（1881–1887）
B
L2
地球公转
光相对以太的速度为 c ，
u
S
地球相对以太以 u运动
相对论由爱因斯坦（Albert Einstein）创立， 它包括了两大部分：
狭义相对论（Special Relativity）（1905）
揭示了时间、空间与运动的关系。 广义相对论（general relativity） （1915-1916）
揭示了时间、空间与引力的关系。
重点是狭义相对论的时空观。
所以在不同惯性系中F ma 的形式保持不变。
或者说：力学规律对于一切惯性参考系都是等价 的－力学相对性原理。 用力学实验无法区分不同的惯性参考系。
5
狭义相对论的基本假设
19世纪下半叶，得到了电磁学方面的基本规律， 即麦ຫໍສະໝຸດ Baidu斯韦电磁场方程组:
电磁波
2E 2E 2 2 x t
将伽利略坐标变换式双方对时间求导，得：
v x v x u v v u v y v y — 伽利略速度变换 vz vz
u const. dv dv a a dt dt
牛顿力学中力和质量都与参考系的选择无关，
7
有人想找到“绝对静止”参考系，认为麦克斯韦
电磁场方程组只对“绝对静止”参考系成立。 人们假设：宇宙中充满了叫“以太（ether）”的 物质，并认为以太应该是绝对静止的参考系，电 磁波在以太中传播的速度约为 c。
按伽利略变换，电磁波相对于其他参考系(如地 球)的速率就不会各向均匀，而和此参考系相对 于“以太”的速度有关 。
4 对于 L1 L2 22m,u 310 m s, 589nm
N 0.40
但实验值为 N 0 ，这表明以太不存在，光速 与参考系无关。 迈克耳逊-莫雷实验，动摇了经典物理学的基础。
11
爱因斯坦对迈克尔逊－莫雷实验的评价：
“还在学生时代，我就在 想这个问题了。我知道迈克 耳逊实验的奇怪结果。我很 快得出结论：如果我们承认 迈克尔逊的零结果是事实， 那么地球相对以太运动的想 法就是错误的。这是引导我 走向狭义相对论的最早的想 法。”
结果：理论上可推算出有
P
A
L1
0.4 个条纹移动，干涉仪
精度为0.01个条纹，但实 验没有发现移动。
9
干涉条纹 Michelson干涉仪
以太为s系，地球为s’系
B
按照伽利略速度变换
地球公转 u
A
L2
L1 L1 2 L1 t PAP c u c u c (1 u2 c 2 )
2 y 1 2 y 机械波 2 2 2 x u t
电磁场理论给出：真空中的电磁波速（光速）为 一恒量： 1 1 c 7 12 0 0 (4 10 )(8.8510 )
2.998108 m/s 真空中光速与参考系无关（即与光源的运动和观察 者的运动无关），不服从伽利略变换。
x
x ∥ x，y ∥ y，z ∥ z，
O z
O
z
x 由时空间隔的绝对性，有：
当O 与 O 重合时， t 0 ，t 0 。
x x ut y y — 伽利略坐标变换 z z (Galilean transformation) t t
S
P
L1
v c u
2
2
2 L L 2 1 t t PBP t PAP c 1 u2 c2 1 u2 c2 ，时间间隔变成 干涉仪转90°后
t t PBP t PAP 2 L L 2 1 2 c2 c 1 u2 c2 1 u
2 L2 2L 2 t PBP c 2 u 2 c 1 u2 c 2
10
干涉仪转90°引起时间差的变化为 L1 L2 u 2 t t c c2 由干涉理论，时间差的变化引起的移动条纹数
N c( t t )
L1 L2 u 2 c2
牛顿的力学体系就是建立在绝对时空观之上。
牛顿的绝对时空观体现在伽利略变换中。
二.伽利略变换：
事件：某一时刻在空间某一地点发生的物理现象 ，用P(x,y,z,t)表示。
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y
y
ut
u
P . (x , y , z , t )
（x, y, z, t ） u ui const.
12
爱因斯坦的观点： 物质世界的规律应该是统一的、和谐的。 麦克斯韦方程组也应对所有惯性系成立、 形式不变。 “真空中的光速始终是一个常数，与参考系无关” 是个实验事实， 应该接受。 应该对伽利略变换 进行修正！
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6
设光源固定在地上，
在地上测得光速为c, 在匀速直线运动的小 车上测得光速也是c！
按照伽利略变换
c
u
v c u
这和我们的“速度与参考系有关”及“伽利略 速度变换”的概念完全不同：
所以麦克斯韦电磁场方程组并不具有伽利略变换 下形式不变的特点，对不同惯性系不是形式不变。
究竟是牛顿绝对时空观的的问题还是 麦克斯韦电磁场方程组的问题？
1
爱因斯坦
（Albert Einstein） （1879—1955）美籍
德国人
爱因斯坦的科学业绩 主要包括四个方面： 早期对布朗运动的研 究；狭义相对论的创 建；推动量子力学的 发展；建立了广义相 对论，开辟了宇宙学 的研究途径。
2
1921年的诺贝尔物理学奖
牛顿的绝对时空观和伽利略变换
（principle of relativity in mechanics and Galilean transformation） 一.牛顿的绝对时空观： 时间和空间都是绝对的，与物质的存在和运动无关。
这样，在地球上测光速，可能 > c或< c 寻找以太 ？
8
19 世纪末，很多精确的实验和观察都得出完全 否定的结果 ，在任何参考系中测得的光在真空中 的速率均为ｃ 。
1. Michelson-Morlay 实验（1881–1887）
B
L2
地球公转
光相对以太的速度为 c ，
u
S
地球相对以太以 u运动
相对论由爱因斯坦（Albert Einstein）创立， 它包括了两大部分：
狭义相对论（Special Relativity）（1905）
揭示了时间、空间与运动的关系。 广义相对论（general relativity） （1915-1916）
揭示了时间、空间与引力的关系。
重点是狭义相对论的时空观。
所以在不同惯性系中F ma 的形式保持不变。
或者说：力学规律对于一切惯性参考系都是等价 的－力学相对性原理。 用力学实验无法区分不同的惯性参考系。
5
狭义相对论的基本假设
19世纪下半叶，得到了电磁学方面的基本规律， 即麦ຫໍສະໝຸດ Baidu斯韦电磁场方程组:
电磁波
2E 2E 2 2 x t