2022-2023学年高二物理竞赛课件：爱因斯坦和他的相对论

爱因斯坦和他的相对论

爱因斯坦和他的相对论2

历史回顾：拨开黑体辐射的疑云Blackbodyradiation3到了十九世纪末，经典物理学经历三百多年的发展，已达到完善、成熟的阶段。不少物理学家都认为：辉煌的物理学大厦已经建成，剩下的只是进一步精细化的工作，如在一些细节上作些补充和修正，使各个物理学常量测得更精确一些，但这时，物理学晴朗的天空中飘着的两朵“乌云”影响了物理学家们的好心情。其中，第一朵与以太的零漂移实验有关，相对论将对此作出圆满回答（马上要学到）。第二朵“乌云”呢？物理学家又是怎样拨开它的？（下学期的物理课内容）4

1900年，英国物理学家开尔文在瞻望二十世纪物理学的发展的文章中说到：

“在已经基本建成的科学大厦中，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”

——开尔文——也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面再加几位罢了！

“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，——”5这两朵乌云是指什么呢？热辐射实验迈克尔逊-莫雷实验后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一场革命的风暴，乌云落地化为一场春雨，浇灌着两朵鲜花。相对论问世量子力学诞生67《量子力学》QuantumMechanics量子力学，是众多科学家们集体智慧的结晶。量子概念是1900年普朗克首先提出，距今已有一百多年的历史。其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力，到二十世纪三十年代，就建立了一套完整的量子力学理论。8第五届索尔威会议参与者合影（从左到右）第三排：A.Piccard；E.Henriot；埃伦费斯特；E.Herzen；T.DeDonder；薛定谔；E.Verschaffelt；泡利；海森伯；R.H.Fowler；L.Brillouin；第二排：德拜；M.Knudsen；劳伦斯·布拉格；克拉末斯；狄拉克；康普顿；德布罗意；玻恩；玻尔；第一排：I.Langmuir；普朗克；居里夫人；洛仑兹；爱因斯坦；朗之万；C.E.Guye；C.T.R.威尔逊；O.W.Richardson几乎可以肯定，世界上没有第二张照片，能像这张一样，在一幅画面内集中了如此之多的、水平如此之高的人类精英。薛定谔爱因斯坦爱因斯坦（1879-1955）

美籍德国犹太人。他创立了代表现代科学的相对论，并为核能开发奠定了理论基础，在现代科学技术和它的深刻影响及广泛应用方面开创了现代科学新纪元，被公认为自伽利略、牛顿以来最伟大的科学家、思想家。1921年诺贝尔物理学奖获得者。现代物理学的开创者和奠基人，相对论——“质能关系”的提出者，“决定论量子力学诠释”的捍卫者（振动的粒子）——不掷骰子的上帝。1999年12月26日，爱因斯坦被美国《时代周刊》评选为“世纪伟人”。9

1905年，爱因斯坦发表6篇划时代的论文，分别为：

1.《关于光的产生和转化的试探性观点》2.《分子大小的新测定方法》3.《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》4.《论动体的电动力学》：首次提出狭义相对论基本原理，文中提出两个基本公理：“光速不变”和“相对性原理”。5.《物体的惯性同它所含能量有关吗？》6.《布朗运动的一些检视》1921年的爱因斯坦“爱因斯坦奇迹年”

这一年，成为经典物理学与现代物理学分水岭。10相对论狭义相对论广义相对论光速在所有惯性参考系中不变，它是物体运动的最大速度。由于相对论效应，运动物体的长度会变短，运动物体的时间膨胀以几何语言建立而成的引力理论，统合了狭义相对论和牛顿的万有引力定律，将引力改描述成因时空中的物质与能量而弯曲的时空，以取代传统对于引力是一种力的看法（1905）（1915）11双生子佯谬相对论诞生后，曾经有一个令人极感兴趣的疑难问题——“双生子佯谬”。一对孪生兄弟甲和乙，乙在地球上，甲乘火箭做星际旅行，经过漫长岁月返回地球。爱因斯坦由相对论断言，两人经历的时间不同，重逢时甲将比乙年轻。比如：在他们俩20岁时，甲乘飞船作太空飞行，甲认为飞行时间只有一年，在其返回地面时，甲只有21岁，但他却发现乙却已成了90多岁的老人，乙比甲年老了许多！12爱因斯坦的相对论认为，光速在所