近代物理学进展作业

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1、近代物理学进展作业狭义相对论和广义相对论班级学号姓名日期：2015-4-24狭义相对论和广义相对论摘要：相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由阿尔伯特·爱因斯坦创立，依据研究的对象不同分为狭义相对论和广义相对论。相对论的基本假设是相对性原理，即物理定律与参照系的选择无关。狭义相对论和广义相对的区别是，前者讨论的是匀速直线运动的参照系（惯性参照系）之间的物理定律，后者则推广到具有加速度的参照系中（非惯性系），并在等效原理的假设下，广泛应用于引力场中。相对论极大地改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”、“四维时空”、“弯曲时空”等全新的概念。它发展了牛顿力

2、学，推动物理学发展到一个新的高度。十九世纪八十年代,经典物理学建立了完整的理论,包括牛顿运动定律和万有引力定律的经典力学,以麦克斯韦方程为基础的电磁场理论,热学方面则有以热力学三定律为基础的宏观理论与以分子运动论和统计物理学所描述的微观理论.物理学在十九世纪所取得的这一系列辉煌成就,经典物理在各条战线上的胜利,使当时许多物理学家认为:物理学理论的大厦已经建成,今后的工作只能是扩大这些理论的应用范围和提高实验的精确度,也就是作一些修饰和填补细节的工。1900年新春之际，著名物理学家开尔文勋爵在送别旧世纪所作的讲演中讲道：“19世纪已将物理学大厦全部建成，今后物理学家的任务就是修饰

3、、完美这座大厦了。”同时他也提到物理学的天空也飘浮着两朵小小的，令人不安的乌云，一朵为以太漂移实验的否定结果，另一朵为黑体辐射的紫外灾难。实际上“乌云”不止这两朵，还包括气体比热中能量均分定律的失败、光电效应实验、原子线光谱等。然而，就是这几朵乌云带来了一场震撼整个物理学界的革命风暴，导致了现代物理学的诞生。十九世纪后期，科学家相信他们对宇宙的完整描述已经接近尾声。他们想象一种叫“以太”的连续介质充满了宇宙空间，就像空气中的声波一样，光线和电磁信号是“以太”中的波。然而1887年迈克尔逊和莫雷在德国做的用迈克尔逊干涉仪测量两垂直光的光速差值的实验结果证明光速在不同惯性系和不同方

4、向上都是相同的，由此否认了以太（绝对静止参考系）的存在。爱尔兰物理学家乔治·费兹哥立德和荷兰物理学家亨卓克·洛仑兹，最早认为相对于“以太”运动的物体在运动方向的尺寸会收缩，而相对于“以太”运动的时钟会变慢。而对“以太”，费兹哥立德和洛仑兹当时都认为是一种真实存在的物质。而没突破当时的思维误区。这时候阿尔波特·爱因斯坦在瑞士首都伯尔尼的瑞士专利局工作，插手“以太”说，并一次性永远地解决了光传播速度的问题。在1905年的文章中，爱因斯坦指出，由于你无法探测出你是否相对于“以太”的运动，因此，关于“以太”的整个概念是多余的。相反，爱因斯坦认为科学定律对所有自由运动的观察者都应有相同的

5、形式，无论观察者是如何运动的，他们都应该测量到同样的光速。爱因斯坦的这个思想，要求人们放弃所有时钟测量到的那个普适的时间概念，结果是，每个人都有他自己的时间值：如果两个人是相对静止的，那么，他们的时间就是一致的；如果他们间存在相互的运动，他们观察到的时间就是不同的。爱因斯坦摒弃了19世纪自然科学的两个绝对化观念：“以太”所隐含的绝对静止和所有时钟所测量得到的绝对或普适时间。经过五个星期的努力工作，1905年6月30日，德国《物理学年鉴》接受了爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》，在同年9月的该刊上发表。这篇论文是关于狭义相对论的第一篇文章，它包含了狭义相对论的基本思想和基本内容。

6、这篇文章是爱因斯坦多年来思考以太与电动力学问题的结果，他从同时的相对性这一点作为突破口，建立了全新的时间和空间理论，并在新的时空理论基础上给运动体的电动力学以完整的形式，以太不再是必要的，以太漂流是不存在的。1907年，爱因斯坦撰写了关于狭义相对论的长篇文章《关于相对性原理和由此得出的结论》，在这篇文章中爱因斯坦第一次提到了等效原理，此后，爱因斯坦关于等效原理的思想又不断发展。他以惯性质量和引力质量成正比的自然规律作为等效原理的根据，提出在无限小的体积中均匀的引力场完全可以代替加速运动的参照系。爱因斯坦并且提出了封闭箱的说法：在一个封闭箱中的观察者，不管用什么方法也无法确定他究

7、竟是静止于一个引力场中，还是处在没有引力场却在作加速运动的空间中，这是解释等效原理最常用的说法，而惯性质量与引力质量相等是等效原理一个自然的推论。下面笔者简单介绍一下狭义相对论，由于知识所限（经管学院无大学物理课程），可能不全面：一．狭义相对论的两个基本假设:1．物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式(爱因斯坦相对性原理)。2．在所有的惯性系中，光在真空中的传播速度中具有相同的值c（光速不变原理）。二．狭义相对论的时空观牛顿时空观认为空间是平直的、各向同性的和各点同性的三维空间，时间是独立于