狭义相对论的两个基本假设.ppt

1、以太理论的提出 人们在研究机械波（例如声波）的传播过程，发现机械波 的传播必须有弹性媒质。当时的物理学家认为可以用这个框架 来解释一切波动现象。 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。 一、狭义相对论产生的实验基础和历史条件 14.2 狭义相对论的两个基本假设 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。 另一个困难1861年Maxwell理论预言了 电磁波的存在，并导出电磁波在真空中的传 播速度，却没有指明相对哪个参考系。 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。 3 3、迈、迈克克尔孙尔孙 莫雷实验莫雷实验 为了测量地球相对于“以太”的运动 , 1881年 迈克尔孙用他自制的干涉仪进行测量, 没有结果。 1887年他与莫雷以更高的精度重新做了此类实验, 仍得到零结果, 即未观测到地球相对“以太”的运 动。 G M1 M2 T G M1 GG M2 G G M2M2 G M2 M1 G T 设“以太”参考系为S系，实验室为 系 （从 系看） 人们为维护“以太”观念作了种种努力，提出了各种理 论，但这些理论或与天文观察，或与其它的实验相矛 盾，最后均以失败告终。 仪器可测量精度 实验结果 未观察到地球相对于“以太”的运动. 结论：作为绝对参考系的以太不存在. 以后又有许多人在不同季节、时刻、 方向上反复重做迈克耳孙-莫雷实验近 年来,利用激光使这个实验的精度大为提 高,但结果却没有任何变化 4 4、伽利略变换的困难、伽利略变换的困难 光速 c 迈克耳逊-莫雷的 0 结果否定了伽利略变换 电磁场方程组不服从伽利略变换 伽利略变换与电磁理论是互不相容的。“为什么看 起来如此正确的两件事却互不相容呢？” 矛盾 5、蟹状星云实验现象： 公元1054年,人们发现天上出现了一颗“ 客星”,其耀眼的光芒,用肉眼在白天也看得见. 史书记载它在天空中停留了22个月 ,产生了著 名的金牛座蟹状星云 . 当一颗恒星在发生超新星爆发时, 它的外围物质向四面八方飞散, 即有些 抛射物向着地球运动, 现研究超新星爆发 过程中光线传播引起的疑问 . l = 5000 光年 物质飞散速度 A B A 点光线到达 地球所需时间 B 点光线到达 地球所需时间 l = 5000 光年 物质飞散速度 A B l = 5000 光年 物质飞散速度 A B 理论计算观察到超新星爆发的强光 的时间持续约 .实际持 续时间约为 22 个月, 这怎么解释 ? 6.质量随速度增加 1901年考夫曼（W.Kaufmann）在确定镭C发出 的 射线荷质比 的实验中首次发现。 Albert Einstein ( 1879 1955 ) 20世纪最伟大的物理学家，于1905年 和1915年先后创立了狭义相对论和广 义相对论；由于提出光量子假说，获 得1921年的诺贝尔物理学奖。 综观其一生的科学工作，涉及的领域 既广，又非常有深度，影响极为深远 包括：光量子假说(光电效应理论)，布 朗运动理论，狭义相对论，质能方程( E = mc2 )，广义相对论，激光理论， 凝聚态物理(固体比热理论及磁学) 1905年，26岁的爱因斯坦一年里在著名的物理学杂 志上发表了4篇论文，涉及3个不同的领域。 关于光的产生和转化的一个试探性观点 提出光量子概念，解释了光电效应 热的分子动理论所要求的静止液体中悬浮粒子的运 动 讨论了布朗运动的理论，确证原子的真实存在 论运动物体的电动力学阐述了狭义相对论，掀 起了时空观的革命。 物体的质量同它所含的能量有关吗？质能方程 1905年，A.Einstein 首次提出了狭义相对论的两个假设 1. 光速不变原理 在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率为 C 。 说明 光速不随观察者的运动而变化 光速不随光源的运动而变化 所有惯性系都完全处于平等地位，没有任何理由选 某一个参考系并把它置于特殊的与众不同的地位。 二、狭义相对论的两个基本假设 2. 狭义相对性原理 一切物理规律在所有惯性系中具有相同的形式 光速不变的假设否定了绝对时间的 概念. 伽利略变换与狭义相对论的基本原 理不符. 狭义相对论的基本原理与实验事实 相符合. 这两条基本原理是狭义相对论的基础. 在地面上的观察者测得的光速为 ； 以速度 v飞行的飞机中测得的光速仍然为 。 因此，追赶光速是徒劳的。 v 同时具有相对性，时间的量度是相对的 在某一惯性系中同时发生的两个事件，在相对于 此惯性系运动的另一惯性系中观察，并不一定是同时 发生的。 光速不变的假设否定了绝对时间的概念： 洛 仑 兹 变 换 光到达 B 为事件 2设： 光到达 A 为事件 1 对 ：两事件同时发生，对