PPT《现代物理知识讲座》

-Δt 从干涉花纹的 变化可以推算出Δt'

-Δt,代入上式就可算出 是地球对 以太的运动速度,知道地球对于 以太 怎样运动, 绝对 参照系也就找到了. 在麦克尔逊――莫雷的实验中,使用有效长度ι大约为10米,使用的波长大约是5000?.因此,当仪器转过900时,预期引起的条纹移动数为 这样大的条纹移动数目是容易观察到的,因为麦克尔逊――莫雷期待能够用实验直接证明以太的存在. 麦克尔逊――莫雷的实验的结果却使当时每一个人都感到惊奇,因为在实验误差的范围外,竟然完全没有发现条纹的移动!这个实验有不同的人在不同的季节和不同的地点多次重复过,结果总是一样:没有检测到以太的存在. 麦克尔逊――莫雷的实验结果给人们带来了一些困惑,似乎相对性原理只适用于牛顿定律,而不能用于麦克斯韦的电磁理论.看来要解决这一难题必须在物理观念上来个变革,这时许多物理学家都预感到一个新的基本理论即将产生.在洛仑兹等人为探求新 理论所做的先期工作的基础上,一位具有变革思想的青年学者――爱因斯坦于1905年创立了狭义相对论,为物理学的发展树立了新的里程碑. §2狭义相对论的基本原理 爱因斯坦坚信世界的统一性和合理性,他在深入研究牛顿力学和麦克斯韦电磁场理论的基础上,认为相对性原理具有普适性,无论是对牛顿力学或者是对麦克斯韦电磁场理论皆如此.此外,他还认为相对于以太的绝对运动是不存在的.光速是一个常量,他 与惯性系的选择无关.1905年,爱因斯坦在一篇论文中,摒弃了以太假说和绝对参照系的假设,提出了两条相对论的基本原理: 一 爱因斯坦的相对性原理 物理定律在所有的惯性系中都具有相同的表达形式,即所有的惯性参照系对运动的描述都是等效的.这就是说,不论在那一个惯性系中作实验都不能确定该惯性系的运动.换言之,对运动的描述只有相对意义,绝对静止的参照系是不存在的. 或者说,爱因斯坦相对性原理是自然界一条普遍原理.在所有惯性系里,不但力学定律同样成立,而且电磁定律、光的定律、原子物理定律和其它物理定律都应当同样成立. 举例来说,我们做一个电磁实验,研究电流对附近磁针的作用规律,在地面上做这个实验有什么结果,把仪器搬到匀速运动的火车上去做,或搬到匀速运动的飞船上去做,也应当有同样的结果,所得到的规律是一样的. 二 光速不变原理 真空中的光速是常量,它与光源或观测者的运动无关,即不依赖惯性系的选择 例如,在地面上测的真空里的光沿各个方向速度值是30万公里/秒,那么,在高速运动的列车上,不论沿列车前进方向,还是逆着列车前进方向,测得光速都应当是30万公里/秒(不计空气影响).在一切惯性系里所测得光的速度值是相同的. 这两条原理,爱因斯坦最初是当作科学的假设提出来的,由于从它们出发所得到的一切推论,以后都出色的被实验证实了,因而就成了举世公认的科学原理. §3同时性的相对性 爱因斯坦对物理规律和参照系的关系进行考察时,不仅注意到物理规律的具体形式,而且注意到了更根本更普遍的问题---关于时间和长度的测量问题,首先是时间的概念.他对牛顿的绝对时间概念提出了怀疑,并且,据他说,从十六岁就开始考虑这个问题了.经过十年的 思考,终于得到了他的义乎寻常的结论:时间的量度是相对的,对于不同的参照系,同样的先后两个事件之间的时间间隔是不同的. 爱因斯坦的论述是从讨论 同时性 概念开始的.在1905年,他写到: 如果我们要描述一个质点的运动,我们就以时间的函数来给出它的坐标值.现在我们必须记住,这样的数学描述,只有在我们十分清楚懂得 时间 在这里指的是什么之后才有物理意义.我们应该考虑到:凡是时间在里面起作用的我们的一切判断,总是关于同时的事件的判断.比如我们说: 那辆火车 7点钟到达这里 ,这大概是说, 我的表的短针指到7同火车到达是同时的事件 . 注意到了同时性,我们就会发现,和光速不变紧密联系在一起的是:在某一惯性系中同时发生的两个事件,在相对于此惯性系运动的另一惯性系中观察,并不是同时发生的,这可由下面的实验看出来. 设光源发出一闪光,由于PA=PB,而向各个方向的光速是一样的,所以闪光必须将同时传到A、B,或者说,光到达A 和到达 B这两个事件在S'