高二物理相对论的诞生2

第十五章相对论介绍15.1相对论诞生1/16

牛顿经典力学基础就是以牛顿命名三条定律，这一理论形成于十七世纪，在以后两个多世纪里，牛顿力学对科学和技术发展起了巨大推进作用，同时本身也得到了很大发展。不过，进入二十世纪，物理学研究领域开始深入到了微观高速领域，这时人们发觉牛顿力学在这些领域不再适用。物理学发展要求对牛顿力学以及一些长久认为是不言自明基本观念作出根本性变革，物理学需要一场革命！二十世纪初诞生相对论和量子力学就是这场从经典物理向近代物理变革标志2/1620世纪最伟大科学家爱因斯坦3/16一、经典相对性原理1、惯性系：牛顿运动定律成立参考系相对于一个惯性参考系做匀速直线运动另一个参考系也是惯性系2、伽利略相对性原理

力学规律在任何惯性系中都是相同还可表述为：在一个惯性参考系内进行任何力学试验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动；或者说，任何惯性系都是平权。4/16

牛顿伽利略相对性原理是作为基本假设提出来，它之所认为人们接收认可，首先是牛顿力学在处理力学问题取得巨大功；另首先观察结果与人们经验相符。

不过十九世纪中叶，人们在研究与物体运动相关电磁现象时，发觉在电磁现象规律不符合相对性原理

其中最经典就是光速问题5/16

不一样参考系中观察物体运动情况可能不一样，物体在空间移动这一概念也是相正确．在不一样参考系中观察物体运动情况6/16

光速恒定特征，同运动相对性原理之间似乎产生了矛盾？

不过试验现象表明，不论光源和观察者做怎样相对运动，光速都是恒定．v光速＝光速＝7/16

这一结论还尤其为以后很多准确试验所证实，最著名是1887年迈克尔逊和莫雷所做试验。它们都明确无误地证实光速测量结果与光源和测量者相对运动无关，亦即与参考系无关。可见光和电磁波运动不服从伽利略相对原理.任何参考系中测得光在真空速率都应该是这一数值8/16

当初人们为了处理这个困难，提出了三种可能：（1）麦克斯韦电磁理论有错，正确电磁方程组应满足伽利略不变性。（2）牛顿力学与麦克斯韦电磁理论都对，但麦克斯韦电磁理论只在某一特殊惯性系成立。（3）牛顿力学与伽利略变换不对，应存在某种变换，麦克斯韦电磁理论在这种新变换下含有不变性。这意味着经典牛顿力学要作修改，修改后力学方程在新变换下含有不变性。9/16二、相对性原理与电磁规律

19世纪后半叶和20世纪初，物理学家们曾经猜测，有一个叫做以太介质，弥漫在宇宙中，它是电磁波传输时所需要介质，拿以太做参考系时麦克斯韦电磁理论才成立．今天看来，以太是某一特殊参考系代表．麦克尔逊试验表明不存在这么特殊参考系，实际上就是宣告宇宙间不存在以太．麦克尔逊莫雷试验10/16

上述矛盾使物理学家面临两个选择，一是修正现有理论，去迎合试验结果（这相对比较轻易，但经常无效）；另一个主张彻底摆脱“麦克斯韦电磁理论只适合用于某一特殊惯性系”，创建全新理论。爱因斯坦、庞加莱等人选择了后者．并提出了两个假设：11/16三、狭义相对论两个基本假设1、狭义相对性原理在不一样惯性参考系，一切物理规律都是相同2、光速不变原理真空中光速在不一样惯性参考系中是相同，光速与光源、观察者间相对运动没相关系。

就是在看来如此简单且最普通两个假设基础上爱因斯坦建立了一套完整理论——狭义相对论12/16对两个基本原理正确了解①自然规律不但包含力学规律，还包含电磁学规律等其它全部物理学规律；②强调真空中光速不变指大小既不依赖于光源或观察者运动，也不依赖于光传输方向③几十年来科学家采取各种先进物理技术测量光速，结果都不违反光速不变原理。13/16小结一、伽利略相对性原理

力学规律在任何惯性系中都是相同二、相对性原理与电磁规律发生矛盾三、狭义相对论两个基本假设

1、狭义相对性原理在不一样惯性参考系，一切物理规律都是相同

2、光速不变原理

真空中光速在不一样惯性参考系中是相同，光速与光源、观察者间相对运动没相关系。14/16

相对论时空观念与人们固有时空观念差异很大，极难被普通人所了解。人们都称赞爱因斯坦伟大，但又经常弄不懂这伟大内容。这使人们想起英国诗人波谱歌颂牛顿诗句:

自然界和自然界规律隐藏在黑暗中，上帝说