相对论的诞生

1、华池一中物理教研组2012.06.20,世界物理年徽标,牛顿力学,适用宏观物体的低速（与光速相比）运动,适用宏观物体的低速（与光速相比）运动,研究微观粒子的运动,研究宏观物体的高速（与光速相比）运动,有关相对性的思考？,一群大学生说说笑笑，跑来问爱因斯坦，什么叫相对论？他回答说：“Whenyousitwithanicegirlfortwohours,youthinkitsonlyaminute.Butwhenyousitonahotstoveforaminute,youthinkitstwohours.Thatsrelativity”,你坐在一个漂亮姑娘旁边，坐了两小时，觉得只过了一分钟；如果

2、你紧挨着一个火炉，只坐了一分钟，却觉得象过了两个小时这就是相对论”,狭义相对论出现的前夜：,经典力学（牛顿）热力学与统计物理（玻尔兹曼）电磁场理论（麦克斯韦）,19C末的物理学体系,W.Thomson：明朗的天空中还有两朵小小的，令人不安的乌云！,黑体辐射迈克尔逊莫雷实验零结果,迈克尔逊-莫雷实验,实验原理图,实验干涉条纹,黑体辐射与“紫外灾难”,“黑体”是指能够全部吸收外来的辐射而毫无任何反射和透射,吸收率是100的理想物体.但是,一个表面开有一个小孔的空腔,则可以看作是一个近似的黑体.因为通过小孔进入空腔的辐射,在腔里经过多次反射和吸收以后,不会再从小孔透出.19世纪末,卢梅尔等人的著名实

3、验黑体辐射实验,发现黑体辐射的能量不是连续的,它按波长的分布仅与黑体的温度有关.,黑体辐射与“紫外灾难”,从瑞利金斯公式推出,在短波区(紫外光区)随着波长的变短,辐射强度可以无止境地增加,这和实验数据相差十万八千里,是根本不可能的.所以这个失败被埃伦菲斯特称为“紫外灾难”.它的失败无可怀疑地表明经典物理学理论在黑体辐射问题上的失败.所以这也是整个经典物理学的“灾难”.,1.运动的相对性中国古代研究：尚书纬考灵曜“地恒动而人不知，譬如闭舟而行不觉舟之运也。”2.伽里略相对性原理关于两种世界体系的对话：“理想船实验”伽里略速度变换公式：,一.了解经典的相对性原理,3.牛顿力学的不变性：,非惯性参考

4、系：牛顿运动定律不成立的参考系，称为非惯性参考系，简称非惯性系。,惯性参考系：牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系（静止或匀速运动的系统）。,综上所述,相对任何惯性系,力学规律都具有相同的形式.换言之,在描述力学的规律上,一切惯性系都是等价的.这一原理称为伽利略相对性原理,或经典力学的相对性原理.,4.伽利略相对性原理,19世纪中叶,麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上,建立了完整的电磁理论,又称麦克斯韦电磁场方程组.麦克斯韦电磁理论不但能够解释当时已知的电磁现象,而且预言了电磁波的存在,确认光是波长较短的电磁波,电磁波在真空中的传播速度为一常数,c3.0108米/秒,并很快

5、为实验所证实。,二.相对性原理与电磁规律,从麦氏方程组中解出的光在真空中的传播速度与光源的速度无关。如果光波也和声波一样，是靠一种媒质(以太)传播的，那么光速相对于绝对静止的以太就应该是不变的。科学家们为了寻找以太做了大量的实验，其中以美国物理学家迈克耳孙和莫雷实验最为著名。这个实验不但没能证明以太的存在，相反却宣判了以太的死刑，证明光速相对于地球是各向同性的。但是这却与经典的运动学理论相矛盾。,电磁理论与经典的运动学理论的矛盾,迈克尔逊-莫雷实验,实验原理图,实验干涉条纹,狭义相对论的两个基本原理：相对性原理在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的光速不变原理光在真空中的传播速度在不同的惯性系中测得的数值都是相同的,三.狭义相对论的两个基本假设,四.狭义相对论与广义相对论,狭义相对论：局限于惯