第十一章、相对论基础.ppt

相对论的建立 * 山东师范大学物理与电子科学学院 * 为了发现不同惯性系中各方向上光速的差异，人们进行了许多尝试。其中最著名的是迈克尔孙－莫雷实验（零结果）。示零实验往往有着重要的深刻的意义。诺贝尔奖获得者阿尔瓦雷斯曾经用X射线照射埃及古萨地区的一座金字塔，当时一些报道说，他没有任何发现。阿尔瓦雷斯总是纠正说：他发现了一件事，那就是不存在尚未为人所知的墓室。零结果和没有结果是完全不同的概念。 相对论的建立 * 山东师范大学物理与电子科学学院 * 人们对客观世界的认识：继承、发展和创新。 第一条假设：从伽里略时代以来，人们都知道，在所有惯性系中，力学定律都具有相同形式。这意味着所有作相对运动的惯性系中的观测者，在观察某一实验时，他们所测得的质点的速度、动量等的数值不相等，但质点的运动总遵从相同的力学定律（牛顿定律，各守恒定律等），并且他们所观察到的实验后果也总是一致的（因果律）。爱因斯坦大胆地将这个不变性原理推广到所有物理学科。如果放弃物理定律的绝对性（这样它们还能称其为定律吗？），那么留给我们的将是一个任意又复杂的世界。比较起来，相对论才是绝对的和简单的。 第二条假设：这个假设完全不涉及以太，也不需要以太。人们已经从质子同步加速器中产生出来的速率为0.99975c的?0介子作为运动“ 光源”，直接验证了爱因斯坦的第二条假设。这些介子以发射?射线的方式而蜕变。 ?射线象光一样具有电磁性质并以光速前进。从这些快速运动的光源发出的射线，在实验误差范围内被测量到的速率正好等于光速c。强调：光速c是一切物体运动的极限速率是说真实物体在真空中相对任一参考系的运动速度，不能通过外力加速而得到光速。 相对论的建立 * 山东师范大学物理与电子科学学院 * 爱因斯坦科学方法论：1) 坚持统一性信念：爱因斯坦在科学研究中，始终坚持世界物质及运动规律的统一性。具体表现：不同理论之间的统一，同一物质不同运动规律之间的统一，比如：狭义相对论把质量和能量统一起来，把电场和磁场统一起来，对经典力学作了相对论的修正，使之与麦克斯韦方程组统一起来。2) 直觉道路 逻辑道路相结合的方法：爱因斯坦指出：“ 物理学按其本质是一种具体的和直觉的科学”，理论物理学家“ 必须首先发现原理，然后从这些原理推导出结论”。发现和提出原理是物理学家的最高使命，但通向这些原理并没有逻辑道路，“ 只是通过那种以对经验的共鸣的理解为依据的直觉”。他强调指出：“ 从特殊到一般的道路是直觉的，而从一般到特殊的道路是逻辑的”。这就是说，创立科学理论的过程，就是直觉道路和逻辑道路相统一的过程。3) 形象思维与思想实验相结合的方法：爱因斯坦的每一项科学创造，都带有强烈的形象思维的色彩。在研究中，他从不满足于现象的罗列和经验的堆砌，而十分强调思维的洞察力，他认为“ 只有大胆的思辨”才能掌握事物的本质。 相对论的建立 * 山东师范大学物理与电子科学学院 * 陆果P175，例题7.1。由相对性原理?变换是线性的：因为运动方程是线性的，时空的均匀性以及空间的各向同性。由光速不变原理：设t?=t=0时，一列电磁波离开o?点和o点。 相对论的建立 * 山东师范大学物理与电子科学学院 * 洛仑兹变换应用：在已知一个惯性系中的时空坐标的条件下，求另一相对其运动的惯性系中大胆时空坐标。计算时要注意两惯性系相对运动速度的方向。 相对论的建立 * 山东师范大学物理与电子科学学院 * 狭义相对论曾经受到了非常严格的实验检验，很少有其它理论可与相比。爱因斯坦曾经说过：不管有多少个实验都不足以证明他是正确的，但只要有一个实验就能证明他是错的。直到现在这样的一个实验还没有被找到。 相对论的建立 * 山东师范大学物理与电子科学学院 * 伽莫夫著的著名科普读物《物理世界奇遇记》里有这样一段描述：汤普金斯先生来到一座奇异的城市，由于这城市里的光速异乎寻常地小，当他以骑自行车高速行驶时，发现周围一切都变扁了。对吗？ 相对论的建立 * 山东师范大学物理与电子科学学院 * 思考题：伽里略相对性原理与狭义相对论的相对论原理有何相同之处和不同之处？ 相应点：对于力学规律一切惯性系都是等价的。即无法用力学实验证明一个惯性系是静止的还是作匀速直线运动。不同之处：在于伽里略相对性原理仅限于力学规律，而狭义相对论的相对性原理则指出，对于所有的物理规律，一切惯性系都是等价的。 相对论的建立 * 山东师范大学物理与电子科学学院 * 静能是宏观上静止的物体所具有的静止能量，是物体中所有微观粒子的动能及相互作用的势能之和。相对论总能的变化必将伴随相应的质量变化，反之亦然。 质量：物体惯性的量度；能量：物体运动的量度。物体的能量和它的质量成比例；任何形式的能量增减，必定伴随着质量的增减。对于一个孤立系统，其总质量和总能量是分别守恒的，但可以有静质