相对论的诞生 PPT

只有两种可能：
（1）麦克斯韦电磁理论只在 某一特殊的惯性系成立。
由于受牛顿绝对空间和绝对时间的观念长期支配的影 响，物理学界中多数人认为在绝对空间中充满着以太，麦 克斯韦方程仅在相对于绝对空间静止的以太这一特殊惯性 系中成立。于是，在地球这个相对于绝对空间运动的系统 中，麦克斯韦方程仅近似成立。1861年麦克斯韦把光看成 是一种以波的形式通过以太传播的电磁扰动。以太理论达 到顶峰。
由麦克斯韦 方程组可以直接 得出：电磁波的 速度等于光速c， 并不涉及参考系 的问题，这与经 典力学的速度合 成法则一致吗？
二、相对性原理与电磁规律
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
在电磁学领域里，相对性原理遇到了麻烦，这个麻 烦与光速有关。经典力学的速度合成法则、相对性原理、 电磁场理论，三者间出现不和谐。
x x u t y y
z z t t
rpo
•p
rpo

roo
o x x
z
z
速度变换:
v po
v po
voo
vx
vx
u
加速度变换:
a
a
从伽利略变换可得出三条结论：
vy vy vz vz
1. 同时性是绝对的 t t ，在S系中同时发生的
两事件，在所有其他惯性系中也是同时的.
但同时他也承认“明朗的天空中 还有两朵小小的、令人不安的乌云”。
与黑体辐射有 关
量子理论诞生
与光速问题有 关
相对论诞生
正是这两朵小小的乌云，冲破了经典物理 学的束缚，打消了当时绝大多数物理学家的盲 目乐观情绪，为后来建立近代物理学的理论基 础作出了贡献。
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 相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参
3) 爱因斯坦理论带来了观念上的变革：
牛顿经曲力学理论：
时间、长度、质量的测量均与参照系无关。 狭义相对论：
时间、长度、质量测量的相对性，与参照系有关。
总结
►一、伽利略相对性原理 ► 力学规律在任何惯性系中都是相同的 ►二、相对性原理与电磁规律发生矛盾 ►三、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、
2. 长度测量是绝对的 L x x L
两事件的空间间隔 x，在所有惯性系中的
测量结果都相同。
3. 时间测量是绝对的 t t
先后发生的两个事件时间 t，在所有惯性系中
的测量结果都相同。
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，一方面是因为牛顿力学在解决力 学问题上获得的巨大成功；另一方面 是因为它与人们的经验相符。
考系也是惯性系
2、“伽相利对略于相不对同性的原参理考：系力，学经规典律力在学任定何律惯的性表系达中 形都式是是相否同完的全相同？”
牛顿还力可学表的述回为答：: 在一个惯性参考系内进行的任何 力学对实于验任都何不惯能性判参断照这系个，惯牛性顿系力是学否的相规对律于都另具一
有个相惯同性的系形做式匀。速这直就线是运经动典；力或学者的说相，对任性原何理惯。性系 都是平权的。
第15章 相对论简介
15.1 相对论的诞生
相对论诞生的历史背景
► 19世纪末物理学取得了巨大的成就： ► 牛顿力学 热力学 统计物理学 电磁场理论 ► 形成了完整的物理学体系，并被赞誉为： ► “一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美
丽庙堂”
在1900年英国皇家学会的新年庆 祝会上，著名的物理学家，威廉·汤姆 孙，回顾了物理学在过去几百年中的 发展，充满自信地宣称：科学的大厦 已经基本完成，未来的物理学家只要 做一些修修补补的工作就可以了。
三、狭义相对两论个的基两本个假基设本假设
在不同的惯性参考系中，一切物理规律 都是相同的
真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
1) 第一条原理是对经典力学相对性原理的推广。不论 在哪一个惯性系中做实验，都不能确定该惯性系的 绝对运动。即对运动的描述只有相对意义，绝对静 止的参考系是不存在的。
2）第二条原理实际上是对实验结果的总结。它表明： 在任何惯性系中测得的真空中的光速都相等。说明 光速与观察者及光源的运动状态无关。
该原理意义－一切惯性系都是等价的，没有绝对静 止的标准，只能确定两个参照系的相对运动速度。
那么，同一物理量在不同惯性系中的值有对应关系。 伽利略变换
质点P在S坐标系和S/ 坐标系中的位置矢量关系为：
rpo rpo roo
坐标变换: roo u t
y
S
y
S
u
x x u t
y y
z z t t
►3 ） 迈克耳逊为此而获得1907年的诺贝尔物理学奖，他也是获得此 奖的第一位美国人。
只有两种可能：
（1）麦克斯韦电磁理论只在某一 特殊的惯性系成立。
（2）经典力学要作修改。
法国数学家兼物理学家 庞加莱说：“我们必须建立 一种新的力学，对它我们只 能够管中窥豹……在这个新 力学中，光速是一个不可逾 越的极限。”
但是19世纪中叶，人们在研究与物 体运动有关的电磁现象时，发现电磁 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。
二、相对性原理与电磁规律
19世纪末电磁理论在麦克斯韦的推动下达到了 顶峰。他的成就在于将当时所有已知的电磁学的知识 归纳集中于四个方程之中：
c 1 3.0108m/s
0 0
希望它对光速能有较大的影响。
寻找以太“大失败”
►1 ） 迈克耳逊他们如实地报道了他们的实验结果，但他没有意识到 他所做的实验给出的结果所具有的重大意义：根本没有以太这种东 西！ 迈克耳逊称他的实验是一次没有给出预期结果的大失败。
►2 ） 但是正是这个实验提醒人们必须重新审查被视为“神圣”的经 典物理学的根基：光的波动说理论和麦克斯韦电磁理论都是建立在 以太基础之上的。
通过电磁学或光学实验应该能够测量出地球相对于以 太的漂移速度。
为此很多物理学家设计了一系列实验，想要测出地 球在“以太”中运动的速度。1887年的迈克耳孙——莫雷 实验是最著名的一个：它们将一束光分成互相垂直的两束， 一束的传播方向和地球运动方向一致，另一束和地球运动 方向垂直，然后使它们发生干涉。如果不同方向上的光速 有微小的差别，当两束光互相置换（旋转干涉仪）时干涉 条纹就会发生变化。由于地球在宇宙中运动的速度很大，