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相对论的诞生
牛顿的经典力学的基础就是以牛顿命名的三条定律,这一理论形成于十七世纪,在后来的两个多世纪里,牛顿力学对科学和技术的发展起了巨大的推进作用,同步自身也得到了很大发展。不过,进入二十世纪,物理学研究的领域开始深入到了微观高速领域,这时人们发现牛顿力学在这些领域不再合用。物理学的发展规定对牛顿力学以及某些长期认为是不言自明的基本观念作出主线性的变革,物理学需要一场革命!
二十世纪初诞生的相对论和量子力学就是这场从经典物理向近代物理变革的标志
20世纪最伟大的科学家
爱因斯坦
一、经典的相对性原理
1、惯性系:
牛顿运动定律成立的参照系
相对于一种惯性参照系做匀速直线运动的另一种参照系也是惯性系
2、伽利略相对性原理
力学规律在任何惯性系中都是相似的
还可表述为:在一种惯性参照系内进行的任何力学试验都不能判断这个惯性系与否相对于另一种惯性系做匀速直线运动;或者说,任何惯性系都是平权的。
牛顿的伽利略相对性原理是作为基本假设提出来的,它之因此为人们接受承认,首先是牛顿力学在处理力学问题获得的巨大功;另首先观测成果与人们的经验相符。
不过十九世纪中叶,人们在研究与物体运动有关的电磁现象时,发目前电磁现象的规律不符合相对性原理
其中最经典的就是光速的问题
不一样的参照系中观测物体的运动状况也许不一样,物体在空间移动这一概念也是相对的.
在不一样参照系中观测物体的运动状况
光速恒定的特性,同运动的相对性原理之间似乎产生了矛盾?
不过试验现象表明,不管光源和观测者做怎样的相对运动,光速都是恒定的.
v
光速=
光速=
这一结论还尤其为后来的诸多精确的试验所证实,最著名的是1887年迈克尔逊和莫雷所做的试验。它们都明确无误地证明光速的测量成果与光源和测量者的相对运动无关,亦即与参照系无关。
可见光和电磁波的运动不服从伽利略相对原理.
任何参照系中测得的光在真空的速率都应当是这一数值
当时人们为了处理这个困难,提出了三种也许:
(1)麦克斯韦电磁理论有错,对的的电磁方程组应满足伽利略不变性。
(2)牛顿力学与麦克斯韦电磁理论都对,但麦克斯韦电磁理论只在某一特殊的惯性系成立。
(3)牛顿力学与伽利略变换不对,应存在某种变换,麦克斯韦电磁理论在这种新的变换下具有不变性。这意味着经典牛顿力学要作修改,修改后的力学方程在新的变换下具有不变性。
二、相对性原理与电磁规律
19世纪后半叶和20世纪初,物理学家们曾经猜想,有一种叫做以太的介质,弥漫在宇宙中,它是电磁波传播时所需要的介质,拿以太做参照系时麦克斯韦的电磁理论才成立.今天看来,以太是某一特殊参照系的代表.麦克尔逊试验表明不存在这样的特殊参照系,实际上就是宣布宇宙间不存在以太.
麦克尔逊莫雷试验