時(shí)空理論的變革相對(duì)論

1、個(gè)人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)1-時(shí)空理論的變革一一相對(duì)論I愛因斯坦及其相對(duì)論愛因斯坦(A.Einstein1978-1955)“我們?nèi)极@益匪淺，全世界都要感謝他的教誨，那末屬于他個(gè)人的東西，早已傳遍廣大人群。他象行將隕滅的慧星，光華四射，把無限的光芒同他的光芒永相連結(jié)”。資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途歌德為席勒的葬禮而寫的詩“在我們這一時(shí)代的物理學(xué)家中，愛因斯坦將位于最前列。他現(xiàn)在是，將來也是人類宇宙中有頭等光輝的一顆巨星。很難說，他究竟是同牛頓一樣偉大，還是比牛頓更偉大；不過可以肯定地說他的偉大是可以同牛頓相比擬的。按照我的見解，他也許比牛頓更偉大，因?yàn)樗麑?duì)于科學(xué)的貢獻(xiàn)更加深入到人類思想基本概

2、念的結(jié)構(gòu)中去了?！百Y料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途朗之萬瑞典科學(xué)院頒發(fā)1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的措詞是：“由于愛因斯坦發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)定律以及他在理論物理領(lǐng)域的其它工作，特授予資金。”在不久之前，加拿大環(huán)球時(shí)報(bào)約請(qǐng)世界各地讀者評(píng)選“從公元1001年起，迄今1000年內(nèi)對(duì)環(huán)球最有影響的100位偉人”榮登榜首的正是愛因斯坦資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途n狹義相對(duì)論(1905年)問題：以太之謎，邁克爾遜一莫雷實(shí)驗(yàn)光速不變與牛頓時(shí)空觀的矛盾。愛因斯坦的方案：光速不變?cè)順?gòu)建新的時(shí)空理論改造經(jīng)典力學(xué)相對(duì)性原理兩種時(shí)空理論的比較：伽利略變換洛侖茲交換x'=x-vty'=yz'=zt

3、9;=tx'=-x-vtJ1-v2/c2y'=yz'=zt'=tTx/1v2/c2c1o/時(shí)間，空間兩者獨(dú)立，沒有聯(lián)系1o/時(shí)間，空間密/、可分，物理事件總是發(fā)生在時(shí)空中2o/同時(shí)的絕對(duì)性t'=t2o/同時(shí)的相對(duì)性t'At3o/速度大小沒有限制3o/光速是極限，一切物體運(yùn)動(dòng)速度不能超過光速4o/絕對(duì)時(shí)空的普遍性，沒有任何限制4o/伽利略變換是洛侖茲變換的低速極限（-0的極限）5o/空間長(zhǎng)度不變，5o/空間長(zhǎng)度在運(yùn)動(dòng)力1可上縮短時(shí)間問隔不變t=Ato時(shí)間進(jìn)程變慢簡(jiǎn)單的速度合成u=u'+vt=速度合成公式一保證光速不艾u=兩個(gè)重要的動(dòng)力學(xué)結(jié)論

4、m=質(zhì)速關(guān)系E=mC質(zhì)能關(guān)系存在問題光速為什么是不變的？光速為什么是不可超越的？超光速現(xiàn)象存在嗎？m廣義相對(duì)論（1915年）問題：慣性的特殊地位；牛頓引力論的困難；引力如何納入相對(duì)論。愛因斯坦解決方案：議協(xié)變?cè)硪灰灰磺袇⒖枷灯降纫灰蝗魏螀⒖枷当磉_(dá)的物理方程形式不變等效原理m=m引力與慣性力等效議一把引力與參考系時(shí)空性質(zhì)相聯(lián)系議相對(duì)論的新時(shí)空觀：時(shí)空幾何性質(zhì)由引力場(chǎng)強(qiáng)弱分布決定一一由物質(zhì)的分布及其運(yùn)動(dòng)決定；引力場(chǎng)越強(qiáng)，空間彎曲得越厲害，時(shí)間進(jìn)程就越慢；地球的引力場(chǎng)很弱，太陽附近的引力場(chǎng)也不增，這里的時(shí)空可近似看作平直時(shí)空，即歐幾里得空間。強(qiáng)引力場(chǎng)條件：引力源質(zhì)子人地球太陽銀河系-4010-25

5、10-910-510-610實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：1）太陽光譜線的引力紅移2）水星近日點(diǎn)剩余進(jìn)動(dòng)（42/百年）3）星光在太陽附近的偏折（1.75）（1919年）4）利用穆斯堡爾效應(yīng)測(cè)定引力頻移（1960年）5）利用雷達(dá)回波在引力場(chǎng)中的時(shí)間延遲（1968,1977）存在問題：變化引力場(chǎng)中的時(shí)間問題，量子化問題2-經(jīng)典力學(xué)的突破一一量子力學(xué)I量子論a）黑體輻射的紫外災(zāi)難與普朗克的量子論（1900年）經(jīng)典理論的連續(xù)性信條的第一次挫敗，普朗克引入的不連續(xù)的能量子e=hv突破了經(jīng)典物理的連續(xù)性原理，從此標(biāo)志了量子物理的誕生，普朗克被稱為量子論之父。資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途量子化一一物理量的分立化一一微觀世界的

6、基本特征之一。b）光電效應(yīng)對(duì)經(jīng)典物理的發(fā)難與愛因斯坦的光量子假設(shè)（1905年）光的小姐動(dòng)學(xué)說難以解釋光電效應(yīng)，經(jīng)典連續(xù)性理論的又一次失敗，愛因斯坦把普朗克的能量子假設(shè)推廣到光輻射問題上，簡(jiǎn)單引入光量子e=hv假設(shè)，光電效應(yīng)很快解決了理論解釋，愛因斯坦因此而獲得了1921年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途c）經(jīng)典原子模型的困難及玻爾的量子化假設(shè)1911年盧琵福實(shí)驗(yàn)確立了原子有核模型的地位，但原子有核模型卻存在著原子穩(wěn)定性以及原子光譜與經(jīng)典物理嚴(yán)重沖突的困難，歸結(jié)起來，還是連續(xù)與不連續(xù)的困難！資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途坡爾于1913年提出了原子模型的新理論，在他的新理論中，主要是

7、兩條假設(shè)：定態(tài)與躍遷。定態(tài)：原子中的電子只能在確定的幾個(gè)狀態(tài)上存在，而原子保持穩(wěn)定；躍遷：原子中的電子在不同定態(tài)間的躍遷，發(fā)射出單一頻率的中磁波，其頻率由普朗克公式確定。“為什么是這樣？不知道為什么，但只有這樣才能很好解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象”。普朗克的量子論打開了量子世界的一扇窗戶。資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途玻爾的原子理論則打開了量子世界的大門，由此人們“登堂入室”。n量子力學(xué)a）1924年德布羅意在他的博士論文中提出了一切實(shí)物粒子亦具有波動(dòng)性的假設(shè)，他把實(shí)物粒子的波性質(zhì)與粒子的能量與動(dòng)量相聯(lián)系。資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途E=hv,P=德布羅意認(rèn)為“一束電了穿過非常小的孔，可能產(chǎn)生沖射現(xiàn)象，這也

8、許是實(shí)驗(yàn)上證實(shí)我們想法的方向。”1927年戴維遜和革末利用電子在晶體表面上的反射產(chǎn)生沖射的實(shí)驗(yàn)；湯姆遜又用電子通過金簡(jiǎn)獲得電子沖射的圖象，證實(shí)了德布羅意的假設(shè)。電子、質(zhì)子、中子、原子、分子等一切微觀粒子均具有波動(dòng)性。資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途b）薛定川方程既然微觀粒子具有波動(dòng)性，不能采用經(jīng)典力學(xué)位置函數(shù)的方法來描寫粒子的運(yùn)動(dòng)，而采用所謂波函數(shù)（r,t）來描寫，1926年根據(jù)波粒的字性寫出了波函數(shù)所滿足的動(dòng)力學(xué)方程，即薛定川議程：資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途以薛定川方程為代表的量子力學(xué)亦稱波動(dòng)力學(xué)。另外德國物理學(xué)家海森堡與約爾丹等人在1925年創(chuàng)立了矩陣力學(xué)。薛定川證明了波動(dòng)力學(xué)與短陣力學(xué)等價(jià)。1927年英國物理學(xué)狄拉克則把二者非常簡(jiǎn)潔地作了統(tǒng)一的表述，使量子力學(xué)