狹義相對論產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件

1、4 42 2 狹義相對論產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件狹義相對論產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件第第4 4章章 相對論相對論1 1919世紀(jì)中期麥克斯韋建立的電磁場理論指出光世紀(jì)中期麥克斯韋建立的電磁場理論指出光是電磁波，并提出光是在以太中傳播的假說。是電磁波，并提出光是在以太中傳播的假說。 以太假說的主要內(nèi)容是以太假說的主要內(nèi)容是：以太是傳播包括光波以太是傳播包括光波在內(nèi)的電磁波的彈性媒質(zhì)，它充満整個宇宙空間。在內(nèi)的電磁波的彈性媒質(zhì)，它充満整個宇宙空間。以太中帶電粒子振動會引起以太變形，這種變形以以太中帶電粒子振動會引起以太變形，這種變形以彈性波的形式傳播，這就是電磁波彈性波的形式傳播，這就是電磁波。并且

2、進(jìn)一步認(rèn)為以太就是人們一直在尋找的絕對并且進(jìn)一步認(rèn)為以太就是人們一直在尋找的絕對靜止參考系，只有在這個參考系中光速才是與方向靜止參考系，只有在這個參考系中光速才是與方向無關(guān)的恒量。無關(guān)的恒量。1 1、以太理論的提出、以太理論的提出4 42 2 狹義相對論產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件狹義相對論產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件第第4 4章章 相對論相對論22 2、光速的困惑、光速的困惑 狹義相對論建立以前，人們認(rèn)為任何速度的疊加都滿足狹義相對論建立以前，人們認(rèn)為任何速度的疊加都滿足伽里略變換。但在光速領(lǐng)域里卻碰到了困難。伽里略變換。但在光速領(lǐng)域里卻碰到了困難。cuvcuvuu 如前所說，以太就是絕對空間。以太

3、中電磁波沿各方向傳如前所說，以太就是絕對空間。以太中電磁波沿各方向傳播的速度都等于恒量播的速度都等于恒量c。但在相對以太運(yùn)動的慣性系中，按伽。但在相對以太運(yùn)動的慣性系中，按伽利略變換，電磁波沿各方向傳播的速度并利略變換，電磁波沿各方向傳播的速度并不等于不等于恒量恒量c，如下，如下圖中相對于光源運(yùn)動的小車上所測得的光速。圖中相對于光源運(yùn)動的小車上所測得的光速。4 42 2 狹義相對論產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件狹義相對論產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件第第4 4章章 相對論相對論33 3、邁克耳孫、邁克耳孫莫雷的實(shí)驗(yàn)分析莫雷的實(shí)驗(yàn)分析（1 1）使干涉儀的）使干涉儀的臂沿著地球軌道運(yùn)動速臂沿著地球軌道運(yùn)動速度

4、度u方向。地球相對以太方向。地球相對以太速度為速度為u，從，從G1 1到到 M1 1光光束的速度為束的速度為v=c-u；從；從M1 1到到G1 1光束的速度為光束的速度為v=c+u。故光從故光從G1 1點(diǎn)經(jīng)點(diǎn)經(jīng)M1 1返回的返回的時(shí)間為時(shí)間為t1 1面面光光源源M1M1/212/1/uv= =c c- -uv= =c c+ +uM2G2G11111222lll ctcucucu4 42 2 狹義相對論產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件狹義相對論產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件第第4 4章章 相對論相對論4(2) (2) 設(shè)光束從設(shè)光束從G1 1經(jīng)經(jīng)M2 2反射反射回回G1 1共需時(shí)間為共需時(shí)間為t2 2 222

5、22uclt 22ucV光相對地面光相對地面的速度為的速度為V,V,根據(jù)經(jīng)典相根據(jù)經(jīng)典相對速度公式對速度公式uV cuv= =c c- -uM2G12lv= =c c+ +uG21l4 42 2 狹義相對論產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件狹義相對論產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件第第4 4章章 相對論相對論512122221 ( )1 ( )lltttucucc 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動9090 ，時(shí)間差為，時(shí)間差為12122221 ( )1 ( )lltttucucc 12222()111 ( )1 ( )lltttucucc 干涉儀轉(zhuǎn)動前后，光通過兩臂干涉儀轉(zhuǎn)動前后，光通過兩臂時(shí)間差時(shí)間差的改變量為：的改變量為：4 42

6、 2 狹義相對論產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件狹義相對論產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件第第4 4章章 相對論相對論6 考慮考慮 u/c u/c 是小量，利用近似公式是小量，利用近似公式211,( )1uc 11121 212()( )llutcc應(yīng)有干涉條紋移動的數(shù)目應(yīng)有干涉條紋移動的數(shù)目212()( )llc tuNc12lll若取，則22( )l uNc4 42 2 狹義相對論產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件狹義相對論產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件第第4 4章章 相對論相對論7 有一部分人不相信實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，繼續(xù)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)有一部分人不相信實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，繼續(xù)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備做實(shí)驗(yàn)。而且春天做了夏天做，秋天做了冬天設(shè)備做實(shí)驗(yàn)

7、。而且春天做了夏天做，秋天做了冬天做；平地做了高山做做；平地做了高山做實(shí)驗(yàn)精度越來越高，能做實(shí)實(shí)驗(yàn)精度越來越高，能做實(shí)驗(yàn)的人越來越多，乃至幾乎每個大學(xué)都能做，但結(jié)驗(yàn)的人越來越多，乃至幾乎每個大學(xué)都能做，但結(jié)果仍然一樣，地球上的光速與地球速度無關(guān)。果仍然一樣，地球上的光速與地球速度無關(guān)。 洛侖茲等人提出，可能是地球拖著洛侖茲等人提出，可能是地球拖著“以太以太”一道一道運(yùn)動，地球與以太之間沒有相對運(yùn)動了，當(dāng)然測不運(yùn)動，地球與以太之間沒有相對運(yùn)動了，當(dāng)然測不出速度的差別，但是這一想法又被天文上的出速度的差別，但是這一想法又被天文上的“光行光行差實(shí)驗(yàn)差實(shí)驗(yàn)”所否定。所否定?！肮庑胁顚?shí)驗(yàn)光行差實(shí)驗(yàn)”否定

8、地球拖著否定地球拖著“以太以太”運(yùn)動。運(yùn)動。4 42 2 狹義相對論產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件狹義相對論產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件第第4 4章章 相對論相對論8 還有不少解釋還有不少解釋.但總有矛盾的地方。這樣一來但總有矛盾的地方。這樣一來物理學(xué)面臨著一場危機(jī)，對于經(jīng)典物理的大廈，人們物理學(xué)面臨著一場危機(jī)，對于經(jīng)典物理的大廈，人們想扶起東墻卻倒了西墻，想扶起西墻卻倒了東墻。想扶起東墻卻倒了西墻，想扶起西墻卻倒了東墻。 愛因斯坦愛因斯坦則拋棄以太（即否定絕對靜止參考系則拋棄以太（即否定絕對靜止參考系的存在），建立相對論，并提出了全新的時(shí)、空觀。的存在），建立相對論，并提出了全新的時(shí)、空觀。 為什么會產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象呢？因?yàn)槿藗兪苤鴤鹘y(tǒng)為什么會產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象呢？因?yàn)槿藗兪苤鴤鹘y(tǒng)思想的束縛，思想的束縛，仍抱著牛頓的時(shí)空觀不放。抱著伽利略仍抱著牛頓的時(shí)空觀不放。抱著伽利略坐標(biāo)變換不放。坐標(biāo)變換不放。在這種情況下就看誰能沖破傳統(tǒng)思想在這種情況下就看誰能沖破傳