相对论基础2课件幻灯片.pptVIP

19世纪理论物理学达到了巅峰状态，但也隐含着巨大危机。海王星的发现显示出牛顿力学的理论威力，电磁学与力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整，并被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽庙堂”。人们心目中，物理学已经达到了近乎完美的程度。德国著名物理学家普朗克年轻时曾向他的老师表示要献身于理论物理学，老师说：“年轻人，物理学是一门已完成的科学，不会再有多大发展，将一生献给这门学科，太可惜了。” 爱因斯坦似乎就是将构建崭新物理学大厦的人。爱因斯坦坚信电磁理论是完全正确的，但是有一个问题使他不安，这就是绝对参照系以太的存在。他阅读了许多著作发现，所有人试图证明以太存在的试验都是失败的。经过研究爱因斯坦发现，除了作为绝对参照系和电磁场的荷载物外，以太在电磁理论中没有实际意义。于是他想到：以太绝对参照系是必要的吗？电磁场一定要有荷载物吗？ 爱因斯坦喜欢哲学，他相信世界的统一性和逻辑的一致性。相对性原理在力学中被广泛证明，但在电动力学中却无法成立，这两个理论体系在逻辑上的不一致，爱因斯坦提出了怀疑。他认为，相对性原理应普遍成立，因此电磁理论对于各个惯性系应该具同样的形式，但在这里出现了光速的问题。光速是不变的量还是可变的量？成为相对性原理是否普遍成立的首要问题。爱因斯坦经过反复思考，终于想清楚一件事：时间没有绝对的定义，时间与光信号的速度有一种不可分割的联系。他找到了开锁的钥匙，经过五个星期的努力工作，爱因斯坦把狭义相对论呈现在人们面前。 1905年6月30日，德国《物理学年鉴》接受了爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》，在同年9月的该刊上发表。这篇论文是关于狭义相对论的第一篇文章，它包含了狭义相对论的基本思想和基本内容。狭义相对论所根据的是两条原理：相对性原理和光速不变原理。爱因斯坦解决问题的出发点，是他坚信相对性原理。他大大发展了相对性原理，他认为，根本不存在绝对静止的空间，同样不存在绝对同一的时间，所有时间和空间都是和运动的物体联系在一起的。对于任何一个参照系和坐标系，都只有属于这个参照系和坐标系的空间和时间。对于一切惯性系，运用该参照系的空间和时间所表达的物理规律，它们的形式都是相同的，这就是相对性原理，严格地说是狭义的相对性原理。这篇文章是爱因斯坦多年来思考以太与电动力学问题的结果，他从同时的相对性这一点作为突破口，建立了全新的时间和空间理论，并在新的时空理论基础上给动体的电动力学以完整的形式，以太不再是必要的，以太漂流是不存在的。 1905年，爱因斯坦发表了关于狭义相对论的第一篇文章后，并未立即引起很大反响。但是德国物理学权威普朗克注意到了他的文章，认为爱因斯坦的工作可以与哥白尼相媲美，在普朗克的推动下，相对论很快成为人们研究和讨论的课题，爱因斯坦也受到了学术界的注意。 1907年，爱因斯坦提交了那篇著名的论文申请联邦工业大学的编外讲师职位，但得到的答复是论文无法理解。虽然在德国物理学界爱因斯坦已经很有名气，但在瑞士，他却得不到一个大学的教职，许多有名望的人为他鸣不平，1908年，爱因斯坦终于得到编外讲师的职位，并在第二年当上了副教授。1912年，爱因斯坦当上了教授，1913年，应普朗克之邀担任新成立的威廉皇帝物理研究所所长和柏林大学教授。 一位法国物理学家曾经这样评价爱因斯坦：“在我们这一时代的物理学家中，爱因斯坦将位于最前列。他现在是、将来也还是人类宇宙中最有光辉的巨星之一”，“按照我的看法，他也许比牛顿更伟大，因为他对于科学的贡献，更加深入地进入了人类思想基本要领的结构中。” * * * * * * * * * * * * * Einstein train 地面参考系 在火车上 分别放置信号接收器 发一光信号 中点 放置光信号发生器 实验装置 事件1 接收到闪光 事件2 接收到闪光 研究的问题:两事件发生的时间间隔 ？ ？ 发出的闪光 光速为 同时接收到光信号 事件1、事件2 同时发生 光速也为 随 运动 迎着光 比 早接收到光 事件1先发生 系中的观察者 又如何看两个事件呢？ 发出的闪光 事件1、事件2 不同时发生 ? 同时性的相对性是光速不变原理的直接结果 相对效应 ? 当速度远远小于 c 时，两个惯性系结果相同 讨论 §5 时间膨胀 长度缩短 考察一只钟 在研究一个物理过程的时间间隔中 在某一惯性系中，同一地点先后发生的两个事件的时间间隔(同一只钟测量) ，与另一惯性系中，在两个地点的这两个事件的时间间隔(两只钟分别测量)的关系。 研究的问题是： 如幽灵的寿命？ 一.时间膨胀 (time dilation) 运动时钟变慢 1. 原时 (Proper time) 两地时 2. 原时最短 时间膨胀 在某一参考系中，同一地点先后发生的两个事件的时间间隔叫原时（或固有时间）。