絕對(duì)時(shí)空觀力學(xué).ppt

1 一經(jīng)典力學(xué)時(shí)空觀 絕對(duì)空間 空間與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān) 空間絕對(duì)靜止 空間的度量與慣性系無(wú)關(guān) 絕對(duì)不變 絕對(duì)時(shí)間 時(shí)間均勻流逝 與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān) 所有慣性系有統(tǒng)一的時(shí)間 2 3 系相對(duì)于系以勻速沿軸運(yùn)動(dòng) 觀察兩參照系中同一事件的時(shí)空關(guān)系 伽利略坐標(biāo)變換式 時(shí)兩坐標(biāo)重合 4 t時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)在兩參照系下的坐標(biāo) 時(shí)間和空間無(wú)關(guān) 5 求導(dǎo)可得速度和加速度的伽利略變換式 6 在兩相互作勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性系中 牛頓運(yùn)動(dòng)定律具有相同的形式 7 經(jīng)典時(shí)空中長(zhǎng)度的量度是絕對(duì)的 如在S和S 系中量度同一物體的長(zhǎng)度是相同的 8 絕對(duì)同時(shí)性 經(jīng)典時(shí)空中時(shí)間的量度是絕對(duì)的 在S和S 系中時(shí)間量度相同 在S系同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件 在S 系中也是同時(shí)發(fā)生的 由 9 牛頓力學(xué)的相對(duì)性原理 在宏觀 低速的范圍內(nèi) 是與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致的 但在高速運(yùn)動(dòng)情況下則不適用 10 機(jī)械波在介質(zhì)中的波速與波源的運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān) 波速?zèng)Q定于介質(zhì)的彈性模量 真空中電磁波的波速也同樣是各向同性 為常量 如果兩者相類比 真空中必將存在某一種媒質(zhì) 以太 電磁波是依靠 以太 傳播的 11 光為橫波 橫波在固體介質(zhì)中傳播 橫波波速 要求G 剛性 很大 質(zhì)量 很小 問題 以太 何物 以太 存在于真空中 滲透在大氣及一切氣體和固體中 具有極小的質(zhì)量和極大的剛性 12 對(duì)電磁現(xiàn)象的研究表明 電磁現(xiàn)象所遵從的麥克斯韋方程組不服從伽利略變換 光速 13 試計(jì)算球被投出前后的瞬間 所發(fā)出的光波達(dá)到觀察者所需時(shí)間 球投出前 球投出后 根據(jù)伽利略變換 例 14 觀察者先看到投出后的球 后看到投出前的球 結(jié)果 球投出前 球投出后 根據(jù)伽利略變換 15 公元1054年 人們發(fā)現(xiàn)天上出現(xiàn)了一顆 客星 其耀眼的光芒 用肉眼在白天也看得見 史書記載它在天空中停留了22個(gè)月 產(chǎn)生了著名的金牛座蟹狀星云 16 當(dāng)一顆恒星在發(fā)生超新星爆發(fā)時(shí) 它的外圍物質(zhì)向四面八方飛散 即有些拋射物向著地球運(yùn)動(dòng) 現(xiàn)研究超新星爆發(fā)過程中光線傳播引起的疑問 17 A點(diǎn)光線到達(dá)地球所需時(shí)間 B點(diǎn)光線到達(dá)地球所需時(shí)間 18 理論計(jì)算觀察到超新星爆發(fā)的強(qiáng)光的時(shí)間持續(xù)約 實(shí)際持續(xù)時(shí)間約為22個(gè)月 這怎么解釋 19 相對(duì)于 以太 靜止的慣性參照系似乎就是牛頓的絕對(duì)時(shí)空 麥克斯韋電磁場(chǎng)方程在伽利略變換下不協(xié)變 電磁學(xué)在慣性參照系具有不同形式 這是不符合實(shí)際的 人們通過各種方法尋找 以太 20 邁克爾遜 莫雷實(shí)驗(yàn) 利用光波沿不同方向傳播后相干疊加的方法 試圖證明地球相對(duì) 以太 運(yùn)動(dòng) 21 22 實(shí)驗(yàn) 測(cè)地球相對(duì) 以太 的速度 邁克耳遜 莫雷實(shí)驗(yàn) 23 1 在實(shí)驗(yàn)室S 系觀察 光速c v頂風(fēng) 光速c v順風(fēng) 來(lái)回時(shí)間 24 2 在實(shí)驗(yàn)室S 系觀察 光速 光速 25 來(lái)回時(shí)間 兩束光到望遠(yuǎn)鏡的時(shí)間差 展開 26 光的光程差 3 將儀器旋轉(zhuǎn)90 兩路光的光程差變化為 27 干涉條紋移動(dòng)數(shù)目為 28 1881年邁克耳遜第一次實(shí)驗(yàn) 預(yù)期 1887年邁克耳遜和莫雷改進(jìn)實(shí)驗(yàn) 預(yù)期 結(jié)果 零結(jié)果 29 結(jié)論 作為絕對(duì)參考系的以太不存在 以后又有許多人在不同季節(jié) 時(shí)刻 方向上反復(fù)重做邁克耳孫 莫雷實(shí)驗(yàn) 近年來(lái) 利用激光使這個(gè)實(shí)驗(yàn)的精度大為提高 但結(jié)果卻沒有任何變化 30 4 結(jié)論 以太不存在 光的傳播不需任何媒質(zhì) 可在真空中傳播 以太不能作絕對(duì)參照系 地球上各方向光速相同 與地球運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān) 邁克爾遜干涉儀由于可進(jìn)行精密測(cè)量 1907年邁克爾遜獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 31 諾貝爾物理學(xué)獲獎(jiǎng)證書 32 邁克耳孫 莫雷實(shí)驗(yàn)測(cè)到以太漂移速度為零 對(duì)以太理論是一個(gè)沉重的打擊 被人們稱為是籠罩在19世紀(jì)物理學(xué)上空的一朵烏云 33 Kelvin LordWilliamThomson 1824 1907 Scottishmathematicianandphysicist KelvinisknownforanaddresstoanassemblageofphysicistsattheBritishAssociationfortheadvancementof Sciencein1900inwhichhestated Thereisnothingnewtobediscoveredinphysicsnow Allthatremainsismoreandmoreprecisemeasurement 34 邁克爾遜所得到的 零 結(jié)果 動(dòng)搖了經(jīng)典物理的根基 因此開爾文稱其為 不詳?shù)臑踉?但正是這朵小小的烏云 成為揭開二十世紀(jì)近代物理的序幕 本世紀(jì)最偉大的科學(xué)巨匠 美國(guó)物理學(xué)家愛因斯坦在深入研究了牛頓力學(xué)和麥克斯韋電磁場(chǎng)理論后 接受了慣性參照系中相對(duì)性原理的普遍性 揚(yáng)棄了 以太 的絕對(duì)時(shí)空 建立了相對(duì)論 35 阿爾波特 愛因斯坦 AlbertEinstein 1879 1955美國(guó)物理學(xué)家 36 1905 1915年先后創(chuàng)立了狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論 提出了相對(duì)時(shí)空觀 提出的著名質(zhì)能關(guān)系E mc2 開創(chuàng)了人類利用核能的先河 提出的引力場(chǎng)理論 為人類認(rèn)識(shí)宇宙的演化奠定了理論基礎(chǔ) 1905年首次提出了光量子假設(shè) 為此獲得1921年諾貝爾物理獎(jiǎng) 1906年用量子理論說明了固體熱容與溫度的關(guān)系 為人類認(rèn)識(shí)微觀領(lǐng)域物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律做出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn) 37 1912年用量子理論建立了光化學(xué)定律 1916年用