PPT《现代物理知识讲座》

这就是说,静止航船中的观察者对一对电荷间相互作用力测量的结果,将发现它们仍然遵从库仑定律. 在运动的船中 如果船以匀速u沿x(x'

)方向航行,那么q

1、q2对地面参照系s的速度为:vx=u,vy=vz=0 这时,船中的观察者测量到电荷间的相互作用力应该有多大呢?因为在S'

的规律还是未知的,我们只能先在S系中按 通常的 电磁定律分析电荷间的相互作用,然后在按伽利略变换变到S'

系中去. 从S系看来,除了q1在q2处激发电场E1,使q2受到电力fe的作用外,还由于运动电荷q1在q2处激发磁场B1,使运动电荷q2受到磁力fm的作用.按库仑定律和洛伦兹公式 所以 q1作用在 q2上的总电磁力为 按伽利略变换,仍有y2=y2'

,ry=ry'

故运动的航船上的观察者将发现,一对静电荷(对他来说是静电荷)间的相互作用力为 (2) (2)'

显然不要忘记,在伽利略变换的条件下,在不同的惯性系中加速度是相同的.因此,用力学的方法完全有可能发现(1)'

和(2)'

的差别,也就是说,可以从中揭露矛盾. 显然,这与库仑定律不同,相差一个与相对速度u有关的因子. (2)'

(1)'

两种可能性 一个最直觉的想法是: 通常的 电磁定律在 伽利略航船中 并不成立,进而还会想到,只要进行实验去测出一对静电荷的真实作用力f动,并与库仑定律所确定的 值f静相比较,也就可以确定航船的 绝对 速度.果真如此的话,相对性原理就不适合电磁现象了.因为,电磁学实验似乎能够发现一个惯性系的 绝对运动 . 但是,上述分析还不无疑问,因为上面我们暂时假定了地面参照系中 通常的 电磁定律准确成立,这实质上是假定地球处于一种 绝对静止 的特殊地位,而其它一切惯性系则作 绝对运动 .这样假定显然带有人为的性质.例如,我们可以同样假定在太阳系中麦克斯韦方程组成立,那么同上面一样的分析,它在地面实验室中就不再成立了. 并且,根据如点电荷的相互作用力等电磁学实验,我们就能够确定地球的 绝对运动 速度. 在电磁学的发展史上,物理学家们曾经假定存在一种电磁介质――叫做 以太 ,它无所不在,充满了包括 真空 在内的整个空间,是电磁场的载体.于是很自然会假定,以太参照系就是麦克斯韦方程组准确成立的参照系.在其它惯性系中,电磁现象的规律会偏离麦克斯韦方程组.用实验来测出这种偏离,就能够确定某一惯性系,例如地球, 相对于以太的 绝对运动 .或者按当时流行的说法,就是能够测出以太在地面实验室中的 漂移 .仅仅当人们能够以某种方式探知了这种 以太漂移 时,才能证据确凿地说,电磁现象不满足相对性原理. 反过来说,也存在另一种可能性.就是:相对性原理仍然成立,但伽利略变换不适用于电磁定律.如果真是这样,那就要求人们找出一个替代的变换规律,它能够保持电磁定律在所有惯性系中有相同的形式,又同经典力学已经确立的事实不相矛盾. 历史证明,后面这一条才是正确的道路.但是,在当时看来,伽利略变换仿佛是那么自然,它的基础又好象是那么不证自明,以致很难对它有怀疑的余地.于是,人们的注意力就自然而然的集中在 以太漂移 上.为了探知 以太漂移 ,进行了一系列徒劳然而并非无意的尝试. 2) 光速C 迈克耳逊-莫雷的

0 结果 v是地球对以太的运动速度 利用二项式定理 代入上式,略去 等高次项即得 (证明仿上) Δt'