第12章 相对论

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1、7/24/20211大学物理狭义相对论的建立经历了几十年的时间，1905年爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》宣告了相对论的诞生。十九世纪末二十世纪初，由于力学、电磁场理论和经典统计物理学的相继建立，不少物理学家认为物理学的大厦已基本建成，物理理论上的一些原则问题已经解决，今后的任务就是在已知规律的公式中的小数点后面加上几位数字就行了。但是好景不长，在物理学晴朗的天空上出现了两朵乌云。狭义相对论建立过程黑体辐射实验量子理论诞生当时26岁的爱因斯坦是瑞士专利局的一名雇员，他建立狭义相对论，在国际理论学界已成为知名人士，但瑞

2、士的教授们表示怀疑，不愿接纳这位怪人，在世界上他的知音也寥寥无几，只有德国的理论权威，量子力学的创始人普朗克将爱因斯坦誉为二十世纪的哥白尼。迈克尔逊干涉仪实验相对论诞生阿尔伯特．爱因斯坦（Albert．Einstein）1879年3月14日出生在德国西南距离慕尼黑八十五哩的乌耳姆城(Ulm)。父母都是犹太人。父亲赫尔曼．爱因斯坦和叔叔雅各布．爱因斯坦合开了一个制造电器设备的小工厂。母亲玻琳是受过中等教育的家庭妇女，非常喜欢音乐，在小爱因斯坦六岁时就教导他拉小提琴。这是一个和睦、愉快的家庭。亲人们深爱着小爱因斯坦，但都为

3、他的智力发育感到担忧。爱因斯坦小时候并不活泼，三岁多还不会讲话，父母很担心他是哑巴，带他去给医生检查。还好小爱因斯坦不是哑巴可是直到九岁时讲话还不很通畅，所讲的每一句话都必须经过吃力但认真的思考。小爱因斯坦是一个诚实的孩子，从不做违心的或骗人的事。在四、五岁时，爱因斯坦有一次卧病在床，父亲送给他一个罗盘。当他发现指南针不断地指着固定的方向时，感到非常惊奇，觉得一定有什么东西深深地隐藏在这现象后面。他一连几天很高兴的玩这罗盘，还纠缠着父亲和雅各布叔叔问了一连串问题。尽管他连“磁”这个词都说不好，但他却顽固地想要知道指南针

4、为什么能指南。这种深刻和持久的印象，爱因斯坦直到六十七岁还能鲜明的回忆出来。爱因斯坦在念小学和中学时，一般功课属平常，唯有数学成绩远在全班同学之上。由于他举止缓慢，不爱同人交往，老师和同学都不喜欢他。爱因斯坦对于科学事业的伟大贡献是多方面的。他不仅仅是相对论的创始人，而且是一位多学科的理论研究家。即使他不是相对论的创始人，他仍然是科学史上最伟大的物理学家之一。他的科学业绩主要包括四个方面：早期对布朗运动的研究；狭义相对论的创建；推动量子力学的发展；建立了广义相对论，开辟了宇宙学的研究途径。1905年创建的狭义相对论和1

5、921年创建的广义相对论是爱因斯坦的最重要的科学研究成果，而1921年的诺贝尔物理学奖金则是由于他提出了光的量子概念和发现了光电效应定律而获得的。列宁高度称誉他是一位伟大的自然科学革新家。12.1爱因斯坦基本原理12.2爱因斯坦时空观12.3狭义相对论动力学经典的时空观中时间、空间是不相干的。运动的描述是相对的，不同参照系下运动的描述不同。选取两个参照系，描述同一个质点运动的坐标、速度、加速度。1.伽利略坐标变换一个参照系静止------S系另一个参照系沿ox轴以v运动------S’系12.1.1伽利略变换与时空观时

6、两坐标重合t时刻质点在两参照系下的坐标2.经典力学的“假设”①.经典时空中长度的量度是绝对的。如在S和S’系中量度同一物体的长度是相同的。③.绝对同时性。②.经典时空中时间的量度是绝对的。在S和S’系中时间量度相同。在S系同时发生的两个事件，在S’系中也是同时发生的。由3.伽利略速度变换由坐标变换公式对时间求导经典时空中速度满足速度叠加原理。经典时空中速度满足速度叠加原理。4.伽利略加速度变换由速度变换公式对时间求导同样有不同惯性系下，描写同一质点的加速度相同。即经典时空中牛顿第二定律适用于任何惯性系。在惯性系中所有力

7、学规律相同经典力学认为空间只是物质运动的“场所”，是与其中的物质完全无关而独立存在的，并且是永恒不变、绝对静止的。时间也是与物质的运动无关而在永恒地、均匀地流逝着的，时间是绝对的。1.长度不变，2.时间不变，3.速度相加，4.绝对同时性，5.质量不变，6.惯性系中所有力学规律相同。12.2.2狭义相对论产生的背景和条件迈克耳孙是美国物理学家。1852年12月19日出生于普鲁士斯特雷诺（现属波兰），后随父母移居美国，毕业于美国海军学院，曾任芝加哥大学教授，美国科学促进协会主席,美国科学院院长；还被选为法国科学院院士和伦敦

8、皇家学会会员，1931年5月9日在帕萨迪纳逝世。迈克耳孙主要从事光学和光谱学方面的研究，他以毕生精力从事光速的精密测量，在他的有生之年，一直是光速测定的国际中心人物。迈克耳孙—莫雷实验他发明了一种用以测定微小长度、折射率和光波波长的干涉仪（迈克耳孙干涉仪），在研究光谱线方面起着重要的作用的基础。1887年他与美国物理学家E.W.莫