经典力学的危机与相对论问题的提出.ppt

第二篇 宏观高速物体运动规律 一绝对时空观 对于任何惯性参照系 牛顿力学的规律都具有相同的形式 这就是经典力学的相对性原理 相对于不同的参考系 经典力学定律的形式是完全一样的吗 牛顿力学的回答 如 动量守恒定律和牛顿定律 伽利略变换 位置坐标变换公式 相对于不同的参考系 时间和空间的量度和参考系无关 长度和时间的测量结果是一样的 结果表明 在两相互作匀速直线运动的惯性系中 牛顿运动定律具有相同的形式 绝对时空概念 相对于不同的参考系 时间和空间的量度和参考系无关 长度和时间的测量结果是一样的 绝对的 经典力学的绝对时空观 牛顿力学的相对性原理 在宏观 低速的范围内 是与实验结果相一致的 实践已证明 绝对时空观是不正确的 数学上实现 伽利略变换 二伽利略速度合成律的失败 真空中的光速 对于两个不同的惯性参考系 光速满足伽利略变换吗 结果 观察者先看到投出后的球 后看到投出前的球 试计算球被投出前后的瞬间 球所发出的光波达到观察者所需要的时间 根据伽利略变换 900多年前 公元1054年5月 一次著名的超新星爆发 这次爆发的残骸形成了著名的金牛星座的蟹状星云 北宋天文学家记载从公元1054年 1056年均能用肉眼观察 特别是开始的23天 白天也能看见 物质飞散速度 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 实际持续时间约为22个月 这怎么解释 理论计算观察到超新性爆发的强光的时间持续约 A点光线到达地球所需时间 B点光线到达地球所需时间 按照经典的时空观 如果物质运动速度相对于某一参考系为c 则变换到另一个参考系时 其速度不可能沿各个方向均为c 从经典时空观看 电磁波只能对一个特定的参考系的传播速度为c 因而麦克斯韦方程组也就只对这一个特殊参考系成立 对于不同的惯性系 电磁现象基本规律的形式是一样的吗 从电磁现象总结出来的麦克斯韦方程组得到电磁波在真空中的传播速度为c 19世纪人们认为电磁波也应该在某种充满所有空间的弹性媒质 以太 中传播 该弹性媒质就构成电磁波的特殊参考系 于是以太参考系就是所谓的绝对参考系 如果确实是这样 则经典力学的一切参考系都是等价的相对性原理在电磁现象中就不成立 因此由电磁现象可以确定一个特殊的参考系 相对这个参考系的运动就可以称为绝对运动 寻找这个特殊参考系和确定地球相对于这个参考系的运动成为19世纪末的物理学的重要课题 三相对论的实验基础 迈克尔孙 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 运动参考系 沿运动方向 垂直运动方向 M1 T 设 以太 参考系为S系 实验室为系 从系看 GM1 GM2 l 于是两光束的光程差 转动前后光程差变化了2 因此在转动过程中应观察到条纹移动 N条 把整个仪器转90 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