20世纪物理学相对论的建立.pptVIP

第六讲20世纪的物理学;回 顾;1900年4月27日，英国著名的物理学家开尔文勋爵作了题为《热和光的动力理论上空的19世纪之乌云》的长篇讲演，指出古典物理学本来十分睛朗的天空上出现了两朵乌云。 一朵是：以太漂移实验→相对论：爱因斯坦 一朵是：黑体辐射：紫外灾难→量子力学：玻尔，海森堡，薛定谔，玻恩，泡利……;第一朵乌云：以太漂移实验;1800年以后，由于波动说成功地解释了干涉、衍射和偏振等现象，以太学说重新抬头。在波动说的支持者看来，光既然是一种波，就一定要有一种载体，光能通过万籁俱寂的虚空，证明在虚空中充满这种载体，这就是以太。以太是无所不在、绝对静止、极其稀溥的刚性“物质”。;你见过“以太”吗？;你见过“以太”吗？;“以太漂移”的探索;资料：爱因斯坦1922年在日本京都大学的讲演：《我是怎样创立狭义相对论的？》 早在16岁(1895年)时，爱因斯坦就开始思考这样一个问题：“如果我以速度c(真空中的光速)追随光线运动，我应当看到这样一条光线就好像一个在空中振荡着而停滞不前的电磁场。 在战争时期，应用科学给了人们相互毒害和相互残杀的手段。 我倒想起一个娶了不称心的妻子的小伙子，当人家问他是否感到幸福时，他回答说：“如果要我说真心话，那我就不得不扯谎了。 19世纪下半叶，由于麦克斯韦电磁场理论的提出，在人们的观念中又增加了电磁以太的概念，认为电磁场就是以太的一种特殊表现。 只能假设电场与磁场的总和是客观现实。 爱丁顿：不，没什么事。 第二朵乌云：“黑体辐射” 莫雷(Morley) 化学家 看到你们这一支以应用科学作为自己专业的青年人的兴旺队伍，我感到十分高兴。 1905年爱因斯坦《论动体的电动力学》一文更具划时代的意义，文中第一次提出了崭新的时空理论，一举解决了光速的不变性和速度合成法则之间的矛盾以及电磁理论中的不对称等难题。 狭义相对论是爱因斯坦伟大的一生中取得的第一项重大成果，是他在前人的基础上经过长期的酝酿和探索才取得的。 这是因为光子具有引力质量，受到恒星的牵引，它在引力场中升高，就要消耗一定的能量，光子的能量与频率成正比，如果能量损失，频率也就降低，频率降低就是波长加长，也就是谱线向红端移动。 于是电场的有无就成为相对的了，取决于所用坐标系的运动状况。 爱因斯坦少年时期就对哲学感兴趣。 “等效原理”：惯性质量等于引力质量；;1887:迈克尔逊—莫雷实验;“零结果”！;一、爱因斯坦与相对论;是一个天才吗？;爱因斯坦在晚年曾回忆道：“当我还是一个四五岁的孩子，在父亲给我看一个罗盘的时候，就经历过种惊奇。这个指南针以如此确定的方式行动……这种经验给我一个深刻而持久的印象。我想一定有什么东西深深地隐藏在事物后面。”;特立独行;专利局的小职员;1905：爱因斯坦的奇迹年;1905：爱因斯坦的奇迹年;新的时空观;狭义相对论是爱因斯坦伟大的一生中取得的第一项重大成果，是他在前人的基础上经过长期的酝酿和探索才取得的。可是为什么是爱因斯坦而不是别人创建了狭义相对论？ 爱因斯坦受到过哪些启发，抓住了什么关键，找到了什么突破口，才取得如此重大的成果的呢？;狭义相对论的创建过程;狭义相对论的创建过程;狭义相对论的创建过程;狭义相对论的创建过程;1.物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是用两个在互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系（相对性原理）。 2.任何光线在静止的坐标系中都是以确定的速度V运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的（光速不变原理）。;“企图证实地球相对于‘光媒质’运动的实验的失败，引起了这样一种猜想：绝对静止这概念，不仅在力学中，而且在电动力学中也不符合现象的特性，倒是应当认为，凡是对力学方程适用的一切坐标系，对于上述电动力学和光学的定律也一样适用，对于第一级微量来说，这是已经证明了的。我们要把这个猜想提升为公设，并且还要引进另一条在表面上看来同它不相容的公设：光在虚空空间里总是以一确定的速度传播着，这速度与发射体的运动状态无关。由这两条公设，根据静体的麦克斯韦理论，就足以得到一个简单而不自相矛盾的动体电动力学。‘光以太’的引用将被证明是多余的，因为按照这里所要阐明的见解，即不需要引进一个具有特殊性质的‘绝对静止空间’，也不需要给发生电磁过程的空虚空间中的每个点规定一个速度矢量 ” —《论动体的电动力学》;狭义相对论的思想渊源; 爱因斯坦追求的目标是普遍性的自然法则。他在《自述》中写道： ; 哲学的思考也是引导爱因斯坦前进的重要因素。在《自述》中他写道： ;爱因斯坦创建狭义相对论的主要依据是电磁理论发展到一定阶段，特别是当把电磁理论用于运动物体时，遇到了难以克服的矛盾，在理论体系上出现了明显的不自洽。是在旧理论框架中修修补补，还是与传统观念彻底决裂？爱因斯坦选择了后者。