狭义相对论的建立及意义.doc

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1、狭义相对论的建立及意义相对论是20世纪物理学史上最重大的成就么一，它包括狭义相对论和广义相对论两个部分，狭义相对论变革了从牛顿以来形成的时空概念，提示了时间与空间的统一性和相对性，建立了新的时空观。广义相对论把相对原理推广到非惯性参照系和弯曲空间,从而建立了新的引力理论。在相对论的建立过程中，爱因斯坦起了主要的作用。狭义相对论是由爱因斯坦在洛仑兹和庞加莱等人的工作基础上创立的时空理论，是对牛顿吋空观的拓展和修正。爱因斯坦以光速不变原理出发,建立了新的吋空观。进一步，闵科夫斯基为了狭义相对论提供了严格的数学基础，从而将

2、该理论纳入到带有闵科夫斯基度量的业t空间之几何结构屮。如果相信迈克尔逊的零结果，那么关于地球相对以太运动的想法就是错误的。他说道：“这是引导我走向狭义相对论的第一条途径。自那以后，我开始相信，虽然地球围绕太阳转动，但是，地球运动不可能通过任何光学实验探测太阳转动，但是，地球的运动不可能通过任何光学实验探测出来。”爱因斯坦有机会读了洛伦兹在1895年发表的论文，他讨论并完满解决了u/c的高次项（u为运动物体的速度，c为光速）o然后爱因斯坦试图假定洛伦兹电子方程在真空参照系屮有效，也应该在运动物体的参照系小有效，去讲座菲

3、索实验。在那时，爱I大I斯坦坚信，麦克斯韦一洛伦兹的电动力学方程是正确的。进而这些议程在运动物体参照系屮有效的假设导致了光速不变的概念。然而这与经典力学屮速度相加原理相违背。为什么这两个概念互相矛盾。爱因斯坦为了解释它，花了差不多一年的吋间试图去修改洛伦兹理论。一•个偶然的机会。他在一•个朋友的帮助下解决了这一问题。爱因斯坦去问他并交谈讨论了这个困难问题的各个方面，突然爱因斯坦找到了解决所有的困难的办法。他说：“我在五周时间里完成了狭义相对论原理。”爱因斯坦的理论否定了以太概念，肯定了电磁场是一种独立的、物质存在的特

4、殊形式，并对空问、时间的概念进行了深刻的分析，从而建立了新的时空关系。他1905年的论文被世界公认为第一篇关于相对论的论文，他则是第一位真正的相对论物理学家。意义：狭义相对论建立以后，对物理学起到了巨大的推动作用。并且深入到量子力学的范围，成为研究高速虹不可缺少的理论，而且取得了丰硕的成果。然而在成功的背后，却有两个遗留下的原则性问题没有解决。第一个是惯性系所引起的困难。抛弃了绝对吋空后，惯性系成了无法定义的概念。我们可以说惯性系是惯性定律在其屮成立的参考系。惯性定律的实质是一个不受外力的物体保持静止或匀速直线运动的

5、状态。然而“不受外力,,是什么意思？只能说，不受外力是指一个物休能在惯性系屮静止或匀速直线运动。这样，惯性系的定义就陷入了逻辑循环，这样的定义是无用的。我们总能找到非常近似的惯性系，但宇宙屮却不存在真正的惯性系，整个理论如同建筑在沙滩上一般。第二个是万有引力引起的困难。万有引力定律与绝对时空紧密相连，必须修正，但将其修改为洛伦兹变换下形势不变的任何企图都失败了，万有引力无法纳入狭义相对论的框架。当吋物理界只发现了万有引力和电磁力两种力,其屮一种就冒出来捣乱，情况当然不会令人满意。爱因斯坦只用了几个星期就建立起了狭义相

6、对论，然而为解决这两个困难，建立起广义相对论却用了整整十年时间。为解决第一个问题，爱因斯坦干脆取消了惯性系在理论屮的特殊地位，把相对性原理推广到111惯性系。因此第一个问题转化为罪惯性系的吋空结构问题。在非惯性系屮遇到的第一只拦路虎就是惯性力。在深入研究了惯性力后，提出了著名的等性原理，发现参考系问题有可能和引力问题一并解决。几经曲折，爱因斯坦终于建立了完整的广义相对论。广义相对论让所有物理学家大吃一惊，引力远比想象小的复杂的多。至今为止爱因斯坦的场方程也只得到了为数不多的儿个确定解。它那优美的数学形式至今令物理学家

7、们叹为观止。就在广义相对论取得巨大成就的同时，由哥本哈根学派创立并发展的量了力学也取得了重大突破。然而物理学家们很快发现，两大理论并不相容，至少有一个需要修改。于是引发了那场著名的论战：爱因斯坦VS哥本哈根学派。直到现在争论还没有停止，只是越来越多的物理学家更倾向量子理论。爱因斯坦为解决这一问题耗费了后半生三十年光阴却一龙所获。不过他的工作为物理学家们指明了方向：建立包含四种作用力的超统-理论。F1前学术界公认的最有希望的候选者是超弦理论与超膜理论。