物理与现代生活课后论文 相对论思考-超光速.doc

物 理 与 现 代 生 活相对论思考超光速狭义相对论和广义相对论建立以来，已经过去了很长时间，它经受住了实践和历史的考验，是人们普遍承认的真理。相对论对于现代物理学的发展和现代人类思想的发展都有巨大的影响。相对论从逻辑思想上统一了经典物理学，使经典物理学成为一个完美的科学体系。狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系，指出它们都服从狭义相对性原理，都是对洛伦兹变换协变的，牛顿力学只不过是物体在低速运动下很好的近似规律。广义相对论又在广义协变的基础上，通过等效原理，建立了局域惯性长与普遍参照系数之间的关系，得到了所有物理规律的广义协变形式，并建立了广义协变的引力理论，而牛顿引力理论只是它的一级近似。这就从根本上解决了以前物理学只限于惯性系数的问题，从逻辑上得到了合理的安排。相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念，给出了科学而系统的时空观和物质观，从而使物理学在逻辑上成为完美的科学体系。 狭义相对论给出了物体在高速运动下的运动规律，并提示了质量与能量相当，给出了质能关系式。这两项成果对低速运动的宏观物体并不明显，但在研究微观粒子时却显示了极端的重要性。因为微观粒子的运动速度一般都比较快，有的接近甚至达到光速，所以粒子的物理学离不开相对论。质能关系式不仅为量子理论的建立和发展创造了必要的条件，而且为原子核物理学的发展和应用提供了根据。 对于爱因斯坦引入的这些全新的概念，当时地球上大部分物理学家，其中包括相对论变换关系的奠基人洛仑兹，都觉得难以接受。甚至有人说“当时全世界只有两个半人懂相对论”。旧的思想方法的障碍，使这一新的物理理论直到一代人之后才为广大物理学家所熟悉，就连瑞典皇家科学院，1922年把诺贝尔物理学奖授予爱因斯坦时，也只是说“由于他对理论物理学的贡献，更由于他发现了光电效应的定律。”对爱因斯坦的诺贝尔物理学奖颁奖辞中竟然对于爱因斯坦的相对论只字未提。（注：相对论没有获诺奖，一个重要原因就是还缺乏大量事实验证。） -来自百度百科早在初中的时候就对相对论非常的好奇,最神秘的地方就是当一个物体的速度超过光速之后便可以穿越时空,一直在想这是多么的神奇,还感叹爱因斯坦的聪明确实让人难以想象以前曾肤浅的这样理解：如果人的速度超过了光速便可以追到地球上以前时刻发出的光，人们如果看到了这束光就相当于看到了以前的情景，这样就穿越时空了。因此无法想象爱因斯坦的头脑。遗憾的是初中高中的时候相对论这部分一直是选修，老师也没讲。在高中时曾肤浅的研究过相对论，可惜自己能理解的地方太少了，到现在也只懂得了光速不变原理和时间的伸长缩短。在这里有必要向大家解释一下。真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。在狭义相对论中，指的是无论在何种惯性系（惯性参照系）中观察，光在真空中的传播速度都是一个常数，不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299792458m/s。由此可推出下面的时间伸长缩短。V首先假设在一节以接近光速匀速运动的车厢内有一光源，在车厢里的人观测到光线竖直向上然后返回如图所示：V因为人和车厢同属于一个惯性系，所以车厢里的人观察到现象和日常生活中情况是完全一样的。而站在地面上观察呢？如图：人们看到发光体在运动,所以只有斜向光线能反射后回到光源位置。而刚刚的竖直光线居然倾斜了。为什么会出现这种情况呢？哪个图错了呢？其实两种情况都是正确的，因为两个人观察的参考系不同而出现了这种情况。这样就引出了一个矛盾，现在我们根据光速不变原理来计算一下两种情况下光射出到反射回出射点所需要的时间。设出射点距离车顶h。则第一种情况下有：。 第二种情况下有：, 解得： 很明显。这说明地面上的人时间过了一年也许车上的人认为时间才过了一天。这样时间出现了矛盾其实这正是相对论奇妙的地方，而且可以发现当v越接近时所需时间越长。而从图上可以看出当时，光根本回不到出射点，但是车上的人并不这样认为，他们依旧认为和地球上一样在很短时间内回到出射点。他们的时间概念和地面上的人就完全不同。当地球过了n年之后而他们却仍然停在那个时刻，甚至还回到了过去其实这种时间伸缩的情况在日常生活中时一直存在的，只不过车速v太小相对于光速可以忽略不计了，所以人们察觉不到，等未来有一天车速够快的时候，人们通过计时器便很容易发现这一现象，理解相对论也就更简单了。 当我弄懂这一原理之后是欣喜若狂啊，既感叹爱因斯坦的聪明又为相对论是如此神奇而欣喜。有点遗憾的是爱因斯坦的质能方程证明了光速不可达。一切只停留在假想阶段。不过这更让我佩服爱因斯坦的聪明，爱因斯坦走了，留下一个人们至今还不能验证的相对论。我最欣赏的还是爱因斯坦。“想象力比知识更重要!” 最近网上流传科学家已经在实验室发现了超光速的中微子。原文如下：意大利研究人员在实验中发现中微子比光子快60纳秒（1纳秒等于十亿分之一秒）到达。据新华社电 一些欧洲科学家在实验中发现，中微子速度超过光速。如果实验结果经检验得以确认，阿尔伯特爱因斯坦提出的经典理论相对论将受到挑战。快60纳秒意大利格兰萨索国家实验室“奥佩拉”项目研究人员使用一套装置，接收730公里外欧洲核子研究中心发射的中微子束，发现中微子比光子提前60纳秒（1纳秒等于十亿分之一秒）到达，即每秒钟多“跑”6公里。“我们感到震惊，”瑞士伯尔尼大学物理学家、“奥佩拉”项目发言人安东尼奥伊拉蒂塔托说。英国自然杂志网站22日报道这一发现。研究人员定于23日向欧洲核子研究中心提交报告。挑战经典相对论是现代物理学基础理论之一，其认为任何物质在真空中的速度无法超过光速。这一最新发现可能推翻爱因斯坦的经典理论。欧洲核子研究中心理论物理学家约翰埃利斯评价：“如果这一结果是事实，那的确非同凡响。”法国物理学家皮埃尔比内特吕告诉法国媒体，这是“革命性”发现，一旦获得证实，“广义相对论和狭义相对论都将打上问号”。他没有参与这一项目，然而查阅过实验数据。比内特吕说，这项实验中，中微子穿过各类物质，包括地壳，“这也许会减慢它们的速度，但绝不会增加它们的速度，让它们超过光速”。并非首次挑战 精确性有待检验这不是爱因斯坦的光速理论首次遭遇挑战。2007年，美国费米国家实验室研究人员取得类似实验结果，但对实验的精确性存疑。“奥佩拉”项目发言人伊拉蒂塔托说：“我们对实验结果非常有信心。”这一项目使用一套复杂的电子和照相装置，重1800吨，位于格兰萨索国家实验室地下1400米深处。受质疑项目研究人员说，这套接收装置与欧洲核子研究中心之间的距离精度为20厘米以内，测速精度为10纳秒以内。过去两年，他们观测到超过1.6万次“超光速”现象。依据这些数据，他们认定，实验结果达到六西格玛或六标准差，即确定正确。欧洲核子研究中心物理学家埃利斯对这一结果仍心存疑虑。科学家先前研究1987a超新星发出的中微子脉冲。如果最新观测结果适用于所有中微子，这颗超新星发出的中微子应比它发出的光提前数年到达地球。然而，观测显示，这些中微子仅早到数小时。“这难以符合欧佩拉项目观测结果。”埃利斯说。 /world/2011-09/24/c_122080800.htm 当我看到这则消息时又是不小的振奋，想着物理规律可能要被颠覆了，我们学了这么多年的物理知识可能是错的，穿越时空也不是没有可能但一段时间过后心情又平静了下来，最新消息表明前面的实验存在错误，爱因斯坦还是不可撼动的神人啊！原文如下：国际在线报道（记者 崔银辉）：据意大利安莎、晚邮报22日报道，中微子并不比光速快。这推翻了欧洲粒子物理国际项目“奥佩拉”项目此前宣称中微子的运动速度超过了光速的推断。 多国研究人员于2006年共同启动了“奥佩拉”实验项目。去年9月，物理学家在一项实验中发现，中微子从欧洲核子研究组织的实验室飞行到意大利兰萨索国家实验室所用时间比光提前了大约60毫微秒。这一发现在全世界范围内引发了轩然大波和广泛的质疑。如果实验得到进一步证实，将打破自爱因斯坦发布其相对论以来一直被整个物理学界奉为圣经的“光速不可超越”原则。 然而，意大利格兰萨