第一節(jié) 相對(duì)論的誕生(新)

1、引入引入 對(duì)對(duì)“相對(duì)論相對(duì)論”這個(gè)詞語，這個(gè)詞語， 同學(xué)們可同學(xué)們可能一點(diǎn)都不陌生，但真正知道相對(duì)論的能一點(diǎn)都不陌生，但真正知道相對(duì)論的具體含義的可能不多。這可能是覺得相具體含義的可能不多。這可能是覺得相對(duì)論是深?yuàn)W、難懂的高深理論，望而卻對(duì)論是深?yuàn)W、難懂的高深理論，望而卻步?jīng)]有認(rèn)真思考的原因吧其實(shí)只要你敢步?jīng)]有認(rèn)真思考的原因吧其實(shí)只要你敢于接受新鮮事物、勤于思考，以少數(shù)不于接受新鮮事物、勤于思考，以少數(shù)不難懂的原理為基礎(chǔ)，經(jīng)過可信的推理，難懂的原理為基礎(chǔ)，經(jīng)過可信的推理，你會(huì)發(fā)現(xiàn)相對(duì)論世界中的那些神奇結(jié)論你會(huì)發(fā)現(xiàn)相對(duì)論世界中的那些神奇結(jié)論是可以理解的，變成順理成章的！是可以理解的，變成順理成章

2、的！ 第十五章第十五章 相對(duì)論簡介相對(duì)論簡介 牛頓的經(jīng)典力學(xué)牛頓的經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)就是以牛頓命名的基礎(chǔ)就是以牛頓命名的三條定律，這一理論的三條定律，這一理論形成于十七世紀(jì)形成于十七世紀(jì)，在，在以后的兩個(gè)多世紀(jì)里，牛頓力學(xué)對(duì)科學(xué)和技以后的兩個(gè)多世紀(jì)里，牛頓力學(xué)對(duì)科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用，同時(shí)自身也術(shù)的發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用，同時(shí)自身也得到了很大發(fā)展。但是，進(jìn)入得到了很大發(fā)展。但是，進(jìn)入二十世紀(jì)二十世紀(jì)，物，物理學(xué)研究的領(lǐng)域開始深入到了微觀高速領(lǐng)域，理學(xué)研究的領(lǐng)域開始深入到了微觀高速領(lǐng)域，這時(shí)人們發(fā)現(xiàn)這時(shí)人們發(fā)現(xiàn)牛頓力學(xué)在這些領(lǐng)域不再適用牛頓力學(xué)在這些領(lǐng)域不再適用。物理學(xué)的發(fā)展要求對(duì)牛頓力

3、學(xué)以及某些長期物理學(xué)的發(fā)展要求對(duì)牛頓力學(xué)以及某些長期認(rèn)為是不言自明的基本觀念作出根本性的變認(rèn)為是不言自明的基本觀念作出根本性的變革，物理學(xué)需要一場(chǎng)革命！革，物理學(xué)需要一場(chǎng)革命！ 二十世紀(jì)初誕生的二十世紀(jì)初誕生的相對(duì)論和量子力學(xué)相對(duì)論和量子力學(xué)就就是這場(chǎng)從經(jīng)典物理向近代物理變革的標(biāo)志。是這場(chǎng)從經(jīng)典物理向近代物理變革的標(biāo)志。2020世紀(jì)最偉大的科學(xué)家世紀(jì)最偉大的科學(xué)家愛因斯坦愛因斯坦一、經(jīng)典的相對(duì)性原理一、經(jīng)典的相對(duì)性原理1.1.慣性系：慣性系： 相對(duì)于一個(gè)慣性參考系做勻速直相對(duì)于一個(gè)慣性參考系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系也是慣性系。線運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系也是慣性系。牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系牛頓運(yùn)動(dòng)

4、定律成立的參考系2.2.伽利略相對(duì)性原理：伽利略相對(duì)性原理：力學(xué)規(guī)律力學(xué)規(guī)律在任何在任何慣性系慣性系中都是相同的中都是相同的還可表述為：還可表述為：還可表述為：在一個(gè)慣性參考系內(nèi)進(jìn)行的還可表述為：在一個(gè)慣性參考系內(nèi)進(jìn)行的任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都不能判斷這個(gè)慣性系是否任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都不能判斷這個(gè)慣性系是否相對(duì)于另一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)；或相對(duì)于另一個(gè)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)；或者說，任何慣性系都是平權(quán)的。者說，任何慣性系都是平權(quán)的。運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性中國古代研究：尚書緯中國古代研究：尚書緯考靈曜考靈曜 “地恒動(dòng)而人不知，譬如閉舟而行不覺舟地恒動(dòng)而人不知，譬如閉舟而行不覺舟之運(yùn)也。之運(yùn)也?！?uvv牛頓力

5、學(xué)的不變性牛頓力學(xué)的不變性： aa 一、經(jīng)典的相對(duì)性原理一、經(jīng)典的相對(duì)性原理3.3.相對(duì)性原理的理解：相對(duì)性原理的理解：伽里略相對(duì)性原理伽里略相對(duì)性原理關(guān)于兩種世界體系的對(duì)話關(guān)于兩種世界體系的對(duì)話：“理想船理想船實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)” ” 伽里略速度變換公式伽里略速度變換公式 ： 伽利略相對(duì)性原理是作為基本假伽利略相對(duì)性原理是作為基本假設(shè)提出來的，它之所以為人們接受承設(shè)提出來的，它之所以為人們接受承認(rèn)，一方面是牛頓力學(xué)在解決力學(xué)問認(rèn)，一方面是牛頓力學(xué)在解決力學(xué)問題獲得的巨大功；另一方面觀察結(jié)果題獲得的巨大功；另一方面觀察結(jié)果與人們的經(jīng)驗(yàn)相符。與人們的經(jīng)驗(yàn)相符。 但是十九世紀(jì)中葉，人們?cè)谘芯康鞘攀兰o(jì)中葉

6、，人們?cè)谘芯颗c物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的電磁現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)與物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的電磁現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)在在電磁現(xiàn)象的規(guī)律不符合相對(duì)性原理電磁現(xiàn)象的規(guī)律不符合相對(duì)性原理 其中最典型的就是其中最典型的就是光速光速的問題的問題二、相對(duì)性原理與電磁規(guī)律二、相對(duì)性原理與電磁規(guī)律 但是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，不論光源和但是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，不論光源和觀察者做怎樣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，光速都是恒觀察者做怎樣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，光速都是恒定的。定的。v v光速光速 c光速光速vc二、相對(duì)性原理與電磁規(guī)律二、相對(duì)性原理與電磁規(guī)律 光速恒定的特性，同運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性原光速恒定的特性，同運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性原理之間似乎產(chǎn)生了矛盾？理之間似乎產(chǎn)生了矛盾？ 這一結(jié)論還特別為后來的很多精確

7、的這一結(jié)論還特別為后來的很多精確的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，最著名的是實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，最著名的是18871887年邁克爾遜年邁克爾遜和莫雷所做的實(shí)驗(yàn)。它們都明確無誤地證和莫雷所做的實(shí)驗(yàn)。它們都明確無誤地證明光速的測(cè)量結(jié)果與光源和測(cè)量者的相對(duì)明光速的測(cè)量結(jié)果與光源和測(cè)量者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)無關(guān)，亦即與參照系無關(guān)。運(yùn)動(dòng)無關(guān)，亦即與參照系無關(guān)。 任何參照系中測(cè)得的光在真空的速率任何參照系中測(cè)得的光在真空的速率都應(yīng)該是這一數(shù)值。都應(yīng)該是這一數(shù)值。181099.2msc二、相對(duì)性原理與電磁規(guī)律二、相對(duì)性原理與電磁規(guī)律 可見光和電磁波的運(yùn)動(dòng)不服從伽利略可見光和電磁波的運(yùn)動(dòng)不服從伽利略相對(duì)原理。相對(duì)原理。 二、相對(duì)性原理與電磁規(guī)律二

8、、相對(duì)性原理與電磁規(guī)律 上述的矛盾使物理學(xué)家面臨兩個(gè)上述的矛盾使物理學(xué)家面臨兩個(gè)選擇，選擇，一是修正現(xiàn)有的理論，去迎合一是修正現(xiàn)有的理論，去迎合實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果( (這相對(duì)比較容易，但常常無這相對(duì)比較容易，但常常無效效) )； 另一種主張另一種主張徹底擺脫徹底擺脫“麥克斯麥克斯韋電磁理論只適用于某一特殊的慣性韋電磁理論只適用于某一特殊的慣性系系”，創(chuàng)立全新的理論。愛因斯坦、，創(chuàng)立全新的理論。愛因斯坦、龐加萊等人選擇了后者。并提出了兩龐加萊等人選擇了后者。并提出了兩個(gè)假設(shè)：個(gè)假設(shè)：三、狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)三、狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)1.1.狹義相對(duì)性原理狹義相對(duì)性原理 在不同的慣性參考系，一

9、切物理規(guī)律在不同的慣性參考系，一切物理規(guī)律都是相同的都是相同的2.2.光速不變?cè)砉馑俨蛔冊(cè)?真空中的光速在不同的慣性參考系中真空中的光速在不同的慣性參考系中是相同的，光速與光源、觀察者間的相對(duì)是相同的，光速與光源、觀察者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系。運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系。 就是在看來如此簡單且最一般的兩個(gè)就是在看來如此簡單且最一般的兩個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上，愛因斯坦建立了一套完整假設(shè)的基礎(chǔ)上，愛因斯坦建立了一套完整的理論的理論狹義相對(duì)論狹義相對(duì)論3.3.對(duì)兩個(gè)基本原理的正確理解對(duì)兩個(gè)基本原理的正確理解 自然規(guī)律不僅包括力學(xué)規(guī)律，還包自然規(guī)律不僅包括力學(xué)規(guī)律，還包括電磁學(xué)規(guī)律等其他所有的物理學(xué)規(guī)律；括電磁學(xué)規(guī)律等其

10、他所有的物理學(xué)規(guī)律； 強(qiáng)調(diào)真空中的光速不變指大小既不強(qiáng)調(diào)真空中的光速不變指大小既不依賴于光源或觀察者的運(yùn)動(dòng)，也不依賴于依賴于光源或觀察者的運(yùn)動(dòng)，也不依賴于光的傳播方向光的傳播方向 幾十年來科學(xué)家采用各種先進(jìn)的物幾十年來科學(xué)家采用各種先進(jìn)的物理技術(shù)測(cè)量光速，結(jié)果都不違背光速不變理技術(shù)測(cè)量光速，結(jié)果都不違背光速不變?cè)怼Ｔ?。三、狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)三、狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)小小 結(jié)結(jié)一、伽利略相對(duì)性原理伽利略相對(duì)性原理 力學(xué)規(guī)律力學(xué)規(guī)律在任何在任何慣性系慣性系中都是相同的中都是相同的二、相對(duì)性原理與電磁規(guī)律發(fā)生矛盾相對(duì)性原理與電磁規(guī)律發(fā)生矛盾三、狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)三、狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè) 1.