大学物理小论文相对论的时空观念

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1、北航物理小论文之相对论的时空观念作者:学号:班级:觀3一、光速有限、电磁场理论与以太理论31.光速右限的发现32.电磁场理论与牛顿理论的冲突33.以太理论的提出与失败4二、经典物理学的时空观41.时间空间独立存在42.时间与空间是绝对的43.不存在静止的绝对标准5三、相对论的时空观51.时空是不可分割的52.四维时空观53.空间与时间可弯曲6四、小结6摘要介绍相对论提出的时代背景与历史意义，重点阐述其对绝对时空观的冲击与影响。爱因斯坦以光速不变原理出发，建立了新的时空观，对当时的科学界中的以太理论产生了

2、巨大的冲击。相对论不仅拨开了迈克尔逊-莫雷实验的阴云，还将物理大厦的构建提升到了一个新的阶段。本文将重点介绍其对时空观的影响。关键词：相对论、吋空观▲、光速有限、电磁场理论与以太理论1.光速有限的发现1676年丹麦天文学家欧尔•克里斯琴森•罗默首次发现，光以有限但非常高的速度行进。罗默通过观测木星卫星的月食，发现木星卫星的月食并没有以相等的时间间隔发生。罗默就这一现象给出了一种解释。如果以光以有限速度行进，我们将在每次月食发生之后的某―时间看到它。如果木星不改变离开地球的距离，那么每次月食延迟的时间相同

3、。但是事实是，木星与地球的距离在运动中不断的改变，因此光延迟的时间也就不相同。罗默利用这个延迟的时间差首次计算岀光速。虽然他不能很精确的测a地球和木星之间的距离变化，测fh的光速为每秒140000英里（现在我们汄为是每秒186000英里），但是他不仅证明了光以有限的速度行进，而且测量了这个速度，成就无疑是卓越的。要知道，这些工作都是在牛顿的《自然哲学的数学原理》之前u年进行的。2.电磁场理论与牛顿理论的冲突1865年焓姆斯•克拉克•麦克斯韦提出了电磁场理论，他成功统一了那时描述电力和磁力部分理论，并且极

4、大的推动了光的波动学说的发展。这吋科学界冰得到了电磁波传播的正确理论。麦克斯韦在数学上证明了：这些电力和磁力不是有粒子之间相互直接作川而引起,而是每个电荷和电流在周围空间产生一个长，场将力作用在位于那个空间内的其他每一个电荷核电路上。他发现每一个单独的场都携带电力和磁力，他把这个统一的力称为电磁力，携带它的称作电磁场。麦克斯韦方程预言，在电磁场中如果产生波状的微扰，这些微扰将以固定的速度前进，正如池塘水面的涟漪一样。他计算出这个速度后，发现竟然与光速一致。这就意味着电磁波与光波以某种固定的速度前进。这就

5、与牛顿理论中不存在静止的绝对标准的观点产生了严重的分歧。在牛顿理论屮，物体相对于地而的速度为参考系相对于地而速度与物体相对于参考系速度之和，如果光速不变，那么这就意味着对于光速难以产生一致的意见。3.以太理论的提出与失败为了让麦克斯韦理论与牛顿的经典物理学“和谐共处”，人们猜测存在一种称为“以太”的物质，它无处不在，甚至于存在在真空的宇宙空间巾。而以太则是光传播的一种介质（现在认为光不需要传播介质）。根据以太理论，从麦克斯韦方程推出的光速是相对以太的速度,而不是相对于实际观测者的速度。按照这一观点，不同

6、的观测者会发现光以不同的速度设想他们，但是光相对于以太的速度保持不变。于是，当时人们便开始寻找在实验中测的光速的方法。1887年，阿尔伯特•迈克尔逊和爱德华•莫雷做了一个非常精细而且困难的实验。迈克尔逊和莫雷将干涉仪装在十分平稳的大理石上，并让大理石漂浮在水银槽上，可以平稳地转动。并当整个仪器缓慢转动时连续读数，这时该仪器的精确度为0.01%，即能测到1/100条条纹移动，用该仪器测条纹移动应该是很容易的。迈克尔逊和莫雷设想：如果让仪器转动90度，光通过OM1、OM2的时间差应改变，干涉条纹要发生移动，

7、从实验屮测出条纹移动的距离，就可以求出地球相对以太的运动速度，从而证实以太的存在。但实验结果是:未发现任何条纹移动。在1887到1905年，科学家们想要挽回以太理论的失败。然而却都以失败告终。这时候,阿尔伯特•爱因斯坦在他的论文屮提出，只要人们愿意抛弃绝对时空的观念，以太理论完全是多余的。二、经典物理学的时空观1.时间空间独立存在经典时空观认为时间和相间与物体的运动是无关的，是独立存在的，时间记录着物体的运动过程和运动状态，而空间是提供了物体运动的舞台。在牛顿时空观屮，时间和空间是互不关联的，空间仅仅是

8、“盛放物质的容器”。在不同时间的两个事件可以确定是否在空间的相同位置上，而且牛顿相信人们可以毫无歧义的测量两个事件之间的时间间隔，只要使用好的时钟，不管观测者的运动状态如何，这个时间都是一样的。这是被当时的大多数科学家都作为常识来看待的，同样，根据牛顿物理学的时空观，只要确定了物体三维坐标，便可以确定物体的位賈。在牛顿的经典物理学中，时间与空间是相互独立的。2.时间与空间是绝对的在牛顿的理论中，空间是绝对的，平坦的，时间则是绝对的，匀速的。