PDF《Chapter 4》

, S'

相对于S的速度为υ,一事 件发生在S的时间为t,在S'

的时间为t'

,则t=t'

Galileo相对性原理(经典力学的相对性原理) 对于任何惯性参照系, 牛顿力学的定律都具有相 同的形式. Galileo Transformation 时空座标(x, y, z, t)在不同惯性系之间的变换 静S(x, y, z, t) 动S'

(x'

, y'

, z'

, t'

) 速度的变换 加速度的变换 正变换 逆变换 1. 电磁波的传播不满足Galileo相对性原理 对于不同的惯性系,电磁现象基本规律的形式是一 样的吗 ?光速满足伽利略变换吗 ?

2 Troubles with Classical Physics S系 电磁波沿各方向速度 均为 c S'

系中 沿x'

方向速度为cCυ -x'

方向为 c+υ 各向异性 S系有特殊性,是绝对静止的(绝对惯性系,或以太系 ether or aether). 必须找出以太系,经典物理学对电磁学才是正确的. c Michelson and Morley repeated their experiment many times up until 1929, but always with the same results and conclusions. Michelson-Morley Experiment In 1887, Albert A. Michelson and Edward W. Morley tried to measure the speed of the ether. The result of the Michelson- Morley experiment was that the speed of the Earth through the ether was zero. Therefore, this experiment also showed that there is no need for any ether at all. The first American Nobel Prize winner in Physics in 1907. v

1 2 G G-M1-G 沿以太风方向 速度为 c-υ (向右)和c+υ (向左) 实验室(地球)相 对于以太 G M2 M2 G 水平光和垂直光有光程差, 到达探测器时产生干涉. G-M2-G 垂直于以太风 速度为√c2-υ2 (向上) 和√c2-υ2 (向下) G M1 M2 T G M1 G G M2 G G M2 M2 G 设 以太 参考系为S系,实验室为S'

系 (从S'

系看) 光程差 条纹 v v 干涉仪旋转 90o υ L L Mirror Mirror2 Mirror1 Source detector 干涉仪旋转 90o G-M2-G 由平行于以太风?垂直 G-M1-G 由垂直于以太风?沿以太风方向 光程差改变 如果存在以太系,干涉仪转90o应该可以看到条纹移 动. Michelson实验没有找到ether 为什么: ---电磁理论不是普适的,不符合相对性原理? ---相对性原理不对? ---Galileo变换不适用? Einstein put his faith in electromagnetic theory and sought an alternative to the kinematics of Galileo and Newton. 实验结果 未观察到地球相对于 以太 的运动. Einstein'

s thought experiment (追光佯谬) Einstein在16岁时提出的一个佯谬――一个人如果以 光速和光波一起运动,会看到什么现象呢?. 他后来回忆: 经过十年的沉思之后,我从一个悖 论中得到了这样的原理:如果我以真空中的光速c追随 一条光线运动,那么我就应当看到,这样一条光线就 好像一个在空间里振荡着而停滞不前的电磁场. 以光速运动的人是不是看到的是一个在空间里振荡 着而停滞不前的电磁场?即一个 冻结 的光波? 光是电磁场不断振荡地向前传播 可是,Einstein认为: 无论是依据经验,还是根据 Maxwell方程,看来都不会有这样的事情. 从一开始,我直觉地认为,从这个观察者的观点来 判断,一切都应当同一个相对于地球是静止的观察者 所看到的一样,都按同样的一些定律进行.因此,第 一个观察者怎样会知道或者能够判明他是处于均匀的 快速运动之中呢? 这个佯谬,既暴露出经典物理学的局限性和非科学 性,同时也潜藏着狭义相对论的两个基本假设,即光速 不变原理(在任何惯性参考系内真空中的光速是不变的) 和相对性原理(物理学的规律在任何惯性参考系内都是 一样的).