狭义相对论产生实验基础和历史条件.pptx

第四章第四章第四章第四章 狭义相对论狭义相对论狭义相对论狭义相对论4.24.2狭义相对论产生的实验基础和历史条件狭义相对论产生的实验基础和历史条件伽利略变换的困难伽利略变换的困难1)电磁场方程组不服从伽利略变换电磁场方程组不服从伽利略变换2)光速光速c 3)高速运动的粒子高速运动的粒子迈克耳孙迈克耳孙-莫雷实验莫雷实验 测量以太风测量以太风 零结果零结果二、狭义相对论产生的实验基础和历史条件二、狭义相对论产生的实验基础和历史条件洛仑兹的收缩假设与变换理论洛仑兹的收缩假设与变换理论庞加莱的相对性原理庞加莱的相对性原理第四章第四章第四章第四章 狭义相对论狭义相对论狭义相对论狭义相对论4.24.2狭义相对论产生的实验基础和历史条件狭义相对论产生的实验基础和历史条件解释天文现象的困难解释天文现象的困难 夜空的金牛座上的夜空的金牛座上的“蟹状星云蟹状星云”，是，是900多年多年前一次超新星爆发中抛出来的气体壳层。前一次超新星爆发中抛出来的气体壳层。结论结论：在在25年持续看到超新星爆发时发出的强光。年持续看到超新星爆发时发出的强光。史书记载史书记载：强光从出现到隐没还不到两年。强光从出现到隐没还不到两年。矛盾矛盾第四章第四章第四章第四章 狭义相对论狭义相对论狭义相对论狭义相对论4.24.2狭义相对论产生的实验基础和历史条件狭义相对论产生的实验基础和历史条件从麦克斯韦方程组可得两条结论：从麦克斯韦方程组可得两条结论：1、光在真空中的速度是一个恒量，与参考系、光在真空中的速度是一个恒量，与参考系的选择无关。的选择无关。2、电磁现象服从相对性原理。、电磁现象服从相对性原理。第四章第四章第四章第四章 狭义相对论狭义相对论狭义相对论狭义相对论4.24.2狭义相对论产生的实验基础和历史条件狭义相对论产生的实验基础和历史条件三、三、三、三、爱因斯坦的狭义相对论基本原理爱因斯坦的狭义相对论基本原理爱因斯坦的狭义相对论基本原理爱因斯坦的狭义相对论基本原理1.相对性原理相对性原理 一切物理规律在任何惯性系中形式相同一切物理规律在任何惯性系中形式相同2.光速不变原理光速不变原理 在一切惯性系中，光在真空中的速率恒为在一切惯性系中，光在真空中的速率恒为c 1 1 Einstein 的相对性理论的相对性理论 是是 Newton理论的发展理论的发展讨论讨论一切物一切物理规律理规律力学力学规律规律第四章第四章第四章第四章 狭义相对论狭义相对论狭义相对论狭义相对论4.24.2狭义相对论产生的实验基础和历史条件狭义相对论产生的实验基础和历史条件附注：附注：迈克尔孙迈克尔孙 莫雷实验莫雷实验1、建立绝对参照系，并认为光在相对于绝对参照系运动的参照、建立绝对参照系，并认为光在相对于绝对参照系运动的参照系中沿各个方向的速度是不同的。如果能借助某种试验方法测系中沿各个方向的速度是不同的。如果能借助某种试验方法测出光相对于以太的速度，那么以太参照系也就被确定了。出光相对于以太的速度，那么以太参照系也就被确定了。2、实验装置：迈克耳逊干涉仪，、实验装置：迈克耳逊干涉仪，GM1M2TG M2M2 G（从（从 系看）系看）设设“以太以太”参考系为参考系为S系，实验室为系，实验室为 系系第四章第四章第四章第四章 狭义相对论狭义相对论狭义相对论狭义相对论4.24.2狭义相对论产生的实验基础和历史条件狭义相对论产生的实验基础和历史条件G M1 GG M2 GM2M1GT仪器可测量精度仪器可测量精度若将仪器旋转若将仪器旋转90，则光程差由正转负：，则光程差由正转负：第四章第四章第四章第四章 狭义相对论狭义相对论狭义相对论狭义相对论4.24.2狭义相对论产生的实验基础和历史条件狭义相对论产生的实验基础和历史条件 人们为维护人们为维护“以太以太”观念作了种种努力，观念作了种种努力，提出了各种理论提出了各种理论，但这些理论或与天文观察，或与其它的实验相矛盾，最后均，但这些理论或与天文观察，或与其它的实验相矛盾，最后均以以失败失败告终告终.实验结果实验结果 未未观察到地球相对于观察到地球相对于“以太以太”的运动的运动.否定否定“以太以太”所引起的困惑：相对性原理只适用于牛顿定律，所引起的困惑：相对性原理只适用于牛顿定律，而不能用于迈克斯韦的电磁场理论而不能用于迈克斯韦的电磁场理论。4、实验结果：并没有发现条纹的移动、实验结果：并没有发现条纹的移动即证明以太并不存在。即证明以太并不存在。爱因斯坦坚信世界的统一性和合理性否定了牛顿的绝对时空观，爱因斯坦坚信世界的统一性和合理性否定了牛顿的绝对时空观，于于1905年提出了年提出了“狭义相对论狭义相对论”。三、三、爱因斯坦的狭义相对论基本原理爱因斯坦的狭义相对论基本原理1.相对性原理相对性原理 一切物理规律在任何惯性系中形式相同一切物理规律在任何惯性系中形式相同2.光速不变原理光速不变原理 在一切惯性系中，光在真空中的速率恒为在一切惯性系中，光在真空中的速率恒为c 1 1 Einstein 的相对性理论的相对性理论 是是 Newton理论的发展理论的发展讨论讨论一切物一切物理规律理规律力学力学规律规律2 2 光速不变与伽利略变换光速不变与伽利略变换与伽利略的速度相加原理针锋相对与伽利略的速度相加原理针锋相对3 3 观念上的变革观念上的变革牛顿力学牛顿力学革命性革命性时间标度时间标度长度标度长度标度质量的测量质量的测量与参考系无关与参考系无关速度与参考系有关速度与参考系有关(相对性相对性)狭义相对狭义相对论力学论力学长度长度 时间时间 质量质量与参考系有关与参考系有关光速不变光速不变(相对性相对性)4.2 4.2 洛仑兹变换式洛仑兹变换式一、一、洛仑兹变换的导出洛仑兹变换的导出寻找寻找重合重合两个参考系中相应的两个参考系中相应的坐标值之间的关系坐标值之间的关系y y sSo o x xut xxpzZ有有