14.2.狭义相对论的两个基本假设.ppt

1、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Max

2、well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、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, 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。,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

3、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、伽利略变换的困难,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

4、动, 现研究超新星爆发过程中光线传播引起的疑问 .,A 点光线到达地球所需时间,B 点光线到达地球所需时间,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

5、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,