15.1相对论的诞生20120322

第十五章相对论简介15.1相对论的诞生19世纪末物理学取得了巨大的成就：牛顿力学热力学统计物理学电磁场理论形成了完整的科学体系，并被赞誉为：“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽庙堂”德国物理学家普朗克立志要献身理论物理学时，他的老师也劝他说：“年轻人，物理学是一门已经完成的了的科学，不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科，太可惜了。”当时的物理学已发展到了巅峰状态。在1900年英国皇家学会的新年庆祝会上，著名的物理学家，威廉.汤姆孙，回顾了物理在过去几百年中的发展，充满自信地宣称：科学的大厦已经基本完成，未来的物理学家只要做一些修修补补的工作就可以了。同时他也承认：“明朗的天空中还有两朵小小的、令人不安的乌云”两朵“乌云”：与黑体辐射有关与光速问题有关量子力学相对论学习目标•了解经典的相对性原理•知道狭义相对论的实验基础•了解狭义相对论的两个基本假设一、经典的相对性原理1、惯性系：牛顿运动定律成立的参考系相对于一个惯性参考系做匀速直线运动的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的还可表述为：在一个惯性参考系内进行的任何力学实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的。甲、乙两同学在平直的马路上骑车匀速向东行驶，甲同学的速度为v1=10m/s，乙同学的速度为v2=15m/s，乙同学相对于甲同学的速度大小是多少？V＝v2-v1＝15m/s-10m/s＝5m/s例1相对性原理是作为基本假设提出来的，它之所以为人们接受承认，一方面是牛顿力学在解决力学问题获得的巨大成功；另一方面观察结果与人们的经验相符。但是十九世纪中叶，人们在研究与物体运动有关的电磁现象时，发现电磁现象的规律不符合相对性原理其中最典型的就是光速的问题19世纪末电磁理论在麦克斯韦的推动下达到了顶峰。他的成就在于将当时所有的已知的电磁学的知识归纳集中于四个方程之中：二、相对性原理与电磁规律发生矛盾由麦克斯韦方程组直接得出：电磁波的速度等于光速C，并不涉及参考系的问题，麦克斯韦的电磁理论相对哪个参考系成立？v光速＝c光速＝vc但是实验现象表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是恒定的．这一结论还特别为后来的很多精确的实验所证实，最著名的是1887年迈克尔逊和莫雷所做的实验。它们都明确无误地证明光速的测量结果与光源和测量者的相对运动无关，亦即与参考系无关。可见光和电磁波的运动不服从相对性原理.任何参照系中测得的光在真空的速率都应该是这一数值smc/1038上述的矛盾使物理学家面临两个选择修补：修正现有的理论，去迎合实验结果（这相对比较容易，但常常无效）创新：彻底摆脱“麦克斯韦电磁理论只适用于某一特殊的惯性系”，创立全新的理论。爱因斯坦等人选择了后者，并提出了两假设三、狭义相对论的两个基本假设1、狭义相对性原理在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的2、光速不变原理真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。就是在看来如此简单且最一般的两个假设的基础上爱因斯坦建立了一套完整的理论——狭义相对论对两个基本原理的正确理解①自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁学规律等其他所有的物理学规律；②强调真空中的光速不变指大小既不依赖于光源或观察者的运动，也不依赖于光的传播方向③几十年来科学家采用各种先进的物理技术测量光速，结果都不违背光速不变原理。•火箭以0.75C的速度离开地球，从火箭上向地球发射一个光信号。火箭上的测得光离开的速度是C，光到达地球上时测得的光速是多少？答案：C例2练习设某人在以速度为0.5c的飞船上打开一个光源，则下列说正确的是()A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5cB．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5cC．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是cD．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c【答案】CD小结一、经典相对性原理力学规律在任何惯性系中都是相同的二、相对性原理与电磁规律发生矛盾三、狭义相对论的两个基本假设1、狭义相对性原理在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的2、光速不变原理真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。