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1 第11章 相对论 光传播的射击理论的困难 光传播的射击理论的困难 北宋1054星石碑 光传播的射击理论的困难 “以太”理论及其困难 “以太”理论及其困难 “以太”理论及其困难 “以太”理论及其困难 “以太”理论及其困难 二、相对性原理 相对性原理 相对性原理 相对性原理 三、洛伦兹变换 洛伦兹变换 现在，我们来确定系数β 。对于 K/ 中的观察者，K 的原点，即 x = y = z = 0 点的速度应是 由(11.3.4), (11.3.10), (11.3.12)，得 时间间隔的相对性 时间间隔的相对性 时间间隔的相对性 双生子佯谬 同时的相对性 同时的相对性 长度的相对性 长度的相对性 时空间隔的绝对性 时空间隔的绝对性 质能公式 质能公式 用一粒米建造金字塔 比光速更快－人的思想 狭义相对论中的惯性质量、动量 m的定义要求满足：符合洛伦兹变换；低速情形下回到牛顿力学的惯性质量 其中m0为静质量，m(u)为动质量。 质点的惯性随速度增加迅速增大，接近光速时， m(u) →∞，无法真正加速到c（惯性壁垒） 力和动量定理（粒子加速器设计的理论基础） 将动质量对速率作级数展开 当v较小时，可以只保留前两项 爱因斯坦指出：物体蕴含的总能量（静能与动能之和）等于动质量与光速平方的乘积（质能公式） 核裂变质量亏损释放能量 链式反应与秦山核电站 一座100万千瓦的火电厂，每年要烧掉约330万吨煤，要用许多列火车来运输。而同样容量的核电站一年只用30吨燃料。 静质量为零的粒子－光子 静质量趋于零，速度趋于c，为0/0型极限，可以为有限能、动量。因此，光子静质量为0，始终以c运动。 二式相除(v=c) 笛卡尔：我思故我在 珍惜智慧生命，演绎精彩人生 * * Litz提出光传播的射击理论：光如同射出的子弹，其传播不需要借助任何介质，光相对于光源所在的参考系以速度（光速）运动。因此，光速只有在相对于光源静止的参考系才是各向同性的。对于不同的参考系，需要利用伽利略相对性原理和他的坐标变换。 超新星爆发 1731年英国一位天文学爱好者用望远镜在南方夜空的金牛座上发现了一团云雾状的东西。外形象个螃蟹，人们称它为“蟹状星云”。后来的观测表明，这只“螃蟹”在膨胀，膨胀的速率为每年0.21as。到1920年，它的半径达到180as。推算起来，其膨胀开始的时刻应在860年之前，即公元1060年左右。人们相信，蟹状星云到现在是900多年前一次超新星爆发中抛出来的气体壳层。这一点在我国的史籍里得到了证实。 蟹状星云到地球的距离大约是5千光年，而爆发中抛射物的速度大约是1500千米/秒，用这些数据来计算，t/ 比 t 短25年。亦即，我们会在25年内持续地看到超新星开始爆发时所发出的强光。而史书明明记载着，客星从出现到隐没还不到两年。这怎么解释？ 超新星爆发 “以太(Ether)”的提出，是为了解释光在真空中能传播这一事实。当时，认为光必须有一个载体才能传播，而这种载体当光在真空中传播时更显得必要，为了解释真空不空，笛卡儿（1596~1650）于十七世纪第一个提出了“以太”的假说、并把“以太”描述为：以太是充满整个空间的一种物质，真空中没有空气，但却有这种无所不入的“以太”。 至十九世纪上半叶，当光具有波动性被大多数物理学家承认时，以太假说又获得了新的支持，于是十九世纪末的物理学界，牢固地确立了一种思想，认为有一种到处存在的、能穿透一切的介质，并充满所有物质的内部和它们之间的空间，它的作用是作为传播光波的基础。惠更斯把它叫作“以太”（光以太），后来又被叫做法拉第管（电磁以太）。 因为光的传播速度很大，因此要求切变模量很大，即介质刚性很强（很硬）。如果这样的介质（宇宙以太）充满了我们周围整个空间的话，我们怎么能在地上跑来走去，行星又怎能千百万年地绕太阳转动而丝毫不受阻力呢？因此这种“光以太”本身就具有很大的矛盾性。 对于以太，人们往往以旧的观念加以认识。如俄国化学家门捷列夫在他的元素周期表中曾把宇宙以太列为周期表中原子序数等于零的物质。 若以太真的存在，则相对于以太静止的参考系是最精确的惯性参考系（绝对静止参考系）。称以太参考系为绝对参考系，相对于以太的运动为绝对运动。 迈克尔逊—莫雷实验 当时估计应有0.4条纹的移动，但实验结果却只有0.01条纹的移动，这一微小的数值可以理解为实验中的误差所引起，于是只能得出以太被地球完全拖动，或者根本不存在以太的结论。