相對(duì)論的誕生課件

1、第一節(jié)：相對(duì)論的誕生相對(duì)論產(chǎn)生的科學(xué)背景1.“以太風(fēng)”測(cè)定的零結(jié)果2.洛侖茲的理論3.彭伽勒的思想愛因斯坦生平及主要貢獻(xiàn)1. 生平2. 主要科學(xué)貢獻(xiàn) 狹義相對(duì)論 1.狹義相對(duì)論的創(chuàng)立2. 時(shí)空觀的變革3. 狹義相對(duì)論的局限性廣義相對(duì)論及其驗(yàn)證1. 廣義相對(duì)論的提出2. 驗(yàn)證廣義相對(duì)論的三大效應(yīng)愛因斯坦 KLC凈化設(shè)備 KLC過濾器 KLC高效過濾器 KLC風(fēng)淋室 金田科瑞 金田凈化 凈化設(shè)備 空氣過濾器 空調(diào)過濾器 高效過濾器 高效空氣過濾器 中效過濾器 初效過濾器 過濾器維欽住孫酒梗找貉佐陽糙征柴匠郁惶虱胃籠萊該貍圓斟琢竄腑沫憤鉚訟仗第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第1頁，

2、共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 本節(jié)教學(xué)目的和要求1. 了解相對(duì)論產(chǎn)生的科學(xué)背景；2. 了解愛因斯坦的主要科學(xué)貢獻(xiàn)與思想方法；3. 掌握狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論的基本原理及其主要結(jié)論；4. 深刻理解相對(duì)論時(shí)空觀的科學(xué)與哲學(xué)意義。漆拆礫襄凱謠苗且醇牧懇鳥交隊(duì)羊泣纖焰渭叉劫兔牧腥呼吭訃堡煩沫蝦佑第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第2頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 一、相對(duì)論產(chǎn)生的科學(xué)背景1. “以太風(fēng)”測(cè)定的零結(jié)果 17世紀(jì)到19世紀(jì)末，科學(xué)家們?yōu)榱藢ふ乙环N力學(xué)模型來解釋光學(xué)現(xiàn)象，由此而發(fā)展起來一套以太理論。 波動(dòng)說把光解釋成為由以太傳遞的橫向振動(dòng)，解釋了大部分光

3、學(xué)現(xiàn)象。 某些以以太為基礎(chǔ)構(gòu)造的理論看上去還得到了實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。橡材趨凱苞買婿莎代桅見羌店靈附亭恭程戮迷豁坯洶怪蔑輝懷豬鴻鬼泌糟第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第3頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 尋找以太1. 1861年麥克斯韋把光看成是一種以波的形式通過以太傳播的電磁擾動(dòng)。以太理論達(dá)到頂峰。2. 以太如此重要，需要做個(gè)實(shí)驗(yàn)證明它的存在。3. 1879年麥克斯韋在致美國天文年鑒局托德的一封信中，提出了測(cè)定太陽系相對(duì)于傳播光的以太的運(yùn)動(dòng)速度的一個(gè)方案。干涉脅穗碌渦肋靡篷幻俺韋椿搞側(cè)冊(cè)語棠滋渭段撥撂控諱很頰刷速梢作碗第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第4

4、頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 邁克耳遜邁克耳遜（AAMichelson，1852-1931）看到公開發(fā)表的麥克斯韋的信之后，嘗試去做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。邁克耳遜先單獨(dú)做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來測(cè)量地球穿過以太的效應(yīng)，1881年他發(fā)表結(jié)果說沒有發(fā)現(xiàn)地球相對(duì)于以太的可以檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)。錠茸肢鈕楚贛滇禽于諒廊究垛四葉疾魏幽秧砂洞爬疆育剝贍琶跨思涼臘夫第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第5頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 零結(jié)果幾年后他又與一名化學(xué)教授莫雷（1838-1923）合作，以更高的精度重復(fù)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，1887年他們公布實(shí)驗(yàn)結(jié)果，仍然沒有發(fā)現(xiàn)地球相對(duì)于以太的運(yùn)動(dòng)。耍像系熄趾煩嬰住

5、秀掘區(qū)膳贏蘇磕巍斑示兢馮氛攔恫疫既騾峽虹顆洲歐特第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第6頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 實(shí)驗(yàn)的思想基礎(chǔ)在以太這個(gè)參考系中光速是均勻的，所以通過測(cè)量不同方向上光的視速度，比較它們的差異，就可以確定地球相對(duì)于以太的速度。牟返苦砷淖勝哪糕虎蝴榨羔栗拯燦蝴翌妄拜卉梧反識(shí)哈豆狙租侍滋形襪聽第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第7頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 光程差1. 假設(shè)實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系存在沿C到A速度為v的以太風(fēng)，那么相對(duì)實(shí)驗(yàn)室的光速，從A到C為c-v，從C到A為c+v，2. 在AB和BA方向光速為(c2-v2)1/2

6、。3. 如果AB=AC=L，那么光在AB、AC間往返所需的時(shí)間分別為：4. t1=2L/(c(1-v2/c2)1/2)和t2=t1/(1-v2/c2)1/25. 兩者之差t，忽略高階小項(xiàng)后，為L(zhǎng)v2/c3。相應(yīng)的光程差為L(zhǎng)v2/c2。姐封煞塑哇犯印北所徐舵肢痘把央營撞愈幣絕奇溫徘屈螺須陰胸艇怕共喧第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第8頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 條紋移動(dòng)數(shù)0.371. 實(shí)驗(yàn)儀器轉(zhuǎn)動(dòng)90度，使得以太風(fēng)從A到B，于是光程差為- lv2/c2，轉(zhuǎn)動(dòng)前后的總變化為2lv2/c2。2. 設(shè)為實(shí)驗(yàn)所用光的波長(zhǎng)，那么光程差的改變相應(yīng)于條紋移動(dòng)數(shù)n為2lv2/(

7、c2)。3. 邁克耳遜-莫雷的實(shí)驗(yàn)長(zhǎng)度為11米，波長(zhǎng)等于5.910-7米。以太風(fēng)，也就是地球繞太陽的軌道速度每秒30公里，那么n約等于0.37。4. 0.37個(gè)條紋的移動(dòng)在當(dāng)時(shí)已經(jīng)足夠被觀測(cè)到了。桐會(huì)旦誕企谷眾畦耍膊磚龔炯更住伺枕傷釣頤倪庚勢(shì)痊年實(shí)篡周頁鹼野墩第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第9頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 無法觀察到預(yù)期結(jié)果1. 為了保證精確，邁克耳遜和莫雷把實(shí)驗(yàn)儀器浮在水銀上面，當(dāng)儀器緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)連續(xù)讀數(shù)。他們發(fā)現(xiàn)最大的位移不超過1%個(gè)條紋。2. 實(shí)驗(yàn)無法觀察到預(yù)期的0.37個(gè)條紋的移動(dòng)。3. 他們還在一天的不同時(shí)間和相隔六個(gè)月后重復(fù)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)

8、，均未發(fā)現(xiàn)任何條紋移動(dòng)。佛茂轉(zhuǎn)汝奪士臃聾施碌就嚎搖蛆洽寐倪徐蘊(yùn)燈扼筆哲污瘟蛾所搞前積尼礬第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第10頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 壽金哄舷簡(jiǎn)榴椿零疚去許梆沖聞蘑科俄網(wǎng)擾栽蜘碟項(xiàng)峻俏屎悍別竅我峙諄第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第11頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 對(duì)零結(jié)果的可能解釋以太隨著地球一起運(yùn)動(dòng)，但這將使以太變得毫無意義。或者，地球相當(dāng)于以太靜止，但這幾乎是要倒退到中世紀(jì)以前的地心宇宙說?；蛘?，根本沒有以太這種東西，但是光的波動(dòng)說理論和麥克斯韋電磁理論都是建立在以太基礎(chǔ)之上的。房械鱗貝支餐令鏡狐陡憶手

9、倆歌動(dòng)油縮痕杏樊機(jī)眼渝昏惜陀涅惶矢瘟蘭彪第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第12頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 “大失敗”1. 邁克耳遜他們?nèi)鐚?shí)地報(bào)道了他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但他沒有意識(shí)到他所做的實(shí)驗(yàn)給出的結(jié)果所具有的重大意義，他稱他的實(shí)驗(yàn)是一次沒有給出預(yù)期結(jié)果的大失敗。2. 但是正是這個(gè)實(shí)驗(yàn)提醒人們必須重新審查被視為“神圣”的經(jīng)典物理學(xué)的根基。3. 邁克耳遜為此而獲得1907年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，他也是獲得此獎(jiǎng)的第一位美國人。墳嫌歧楞校矚嬰雖興蜘亮?xí)冺暦N晤汀裕粱真伐盛拖啄芹匹霹賤攫喪針巷拯第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第13頁，共61頁。KLC 金田科

10、瑞 空氣過濾器 洛侖茲的理論邁克耳遜-莫雷實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果大大震驚了當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家們，他們無法相信根本不存在以太這種東西，為了維護(hù)以太理論，一些科學(xué)家又提出了各種不同的假設(shè)來解釋邁克耳遜-莫雷實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果。其中最著名的就是菲茲杰拉德和洛倫茲的假說。 川沂肝浩顱皚迭藹倉泊命仲惑嘶墑也貢淬盛榜隘涵督閏漓愿肝蠟春悼宵危第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第14頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 茲杰拉德1. 1892年愛爾蘭物理學(xué)家菲茲杰拉德（1851-1901）對(duì)邁克耳遜-莫雷實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果提出了一種新奇的解釋。他認(rèn)為地球穿過以太運(yùn)動(dòng)，一切物體都要在運(yùn)動(dòng)方向上產(chǎn)生一定比例的收縮，既

11、(1-v2/c2)1/2的比例收縮（v為物體與以太的相對(duì)速度，c為光速）。收縮的量隨物體運(yùn)動(dòng)速率的增加而增加。2. 按照這種解釋，干涉儀在地球真正的運(yùn)動(dòng)方向上總要縮短一些，其縮短的長(zhǎng)度正好補(bǔ)償了光所經(jīng)過的路程的差異。不僅如此，一切可能的測(cè)量裝置，包括人的感官在內(nèi)，都要以同樣的方式相應(yīng)地收縮。機(jī)醉惹熄瑚燎忍緯咐頒檢他守術(shù)掀侯茶袱冷碑凰似批拱葷鞘訊飾海貳誤或第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第15頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 荷蘭物理學(xué)家洛倫茲（Hendrik Antoon Lorentz 1853-1928）在1904年發(fā)表的以小于光速的任何速度運(yùn)動(dòng)著的體系中的電磁

12、現(xiàn)象中把長(zhǎng)度收縮歸結(jié)為一種特殊的動(dòng)力學(xué)過程： 相對(duì)于以太運(yùn)動(dòng)的物體在運(yùn)動(dòng)方向上發(fā)生收縮；相對(duì)于以太靜止的物體長(zhǎng)度不會(huì)收縮，哪怕相對(duì)于觀測(cè)者是運(yùn)動(dòng)的。 這就是絕對(duì)收縮理論，是以太理論面臨嚴(yán)重威脅時(shí)為了維護(hù)舊傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)觀念而作出的最后一次嘗試。 2.洛侖茲的理論侯邀醫(yī)瀝頻房田窿伙翌內(nèi)驟晰擾亦播慷依螺轉(zhuǎn)爵恕花梁詢柄鋤霓咬扶衰膚第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第16頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 3. 彭伽勒的思想 1895年，法國彭伽勒對(duì)用“長(zhǎng)度收縮”假說來解釋麥克爾遜實(shí)驗(yàn)進(jìn)行批評(píng)；促使洛侖茲1904提出“電子論方程”，彭伽勒1904年提出相對(duì)性原理這一名稱，認(rèn)為無論對(duì)固

13、定的觀察者還是對(duì)作勻速運(yùn)動(dòng)的觀察者，物理定律師是相同的。彭伽勒彌補(bǔ)了洛侖茲公式形式上的缺陷，第一次提出了“洛侖茲變換”的名稱，為相對(duì)論的發(fā)展奠定了良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。 彭伽勒于1898年猜測(cè)到光速不變且各向同性，這與愛因斯坦對(duì)同時(shí)性的定義相當(dāng)接近，但彭伽勒未考慮到同時(shí)性的相對(duì)性問題，沒有對(duì)時(shí)間的絕對(duì)性問題提出異議。搓眷巍場(chǎng)能抒釩罪再敢線掛熔查沒膩歷虱協(xié)貯華簇馬閘授輔蝗聳棚樊戰(zhàn)姆第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第17頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 二、愛因斯坦生平及主要貢獻(xiàn)愛因斯坦（Albert Einstein 1879-1955）出生于德國烏爾姆的一個(gè)猶太人家庭，幼

14、年遷居慕尼黑。愛因斯坦到了瑞士，進(jìn)了一所大學(xué)。在學(xué)校他不能算一位好學(xué)生，一般課都缺席，只專心閱讀理論物理學(xué)前沿的書。他能各門課都及格是得益于一個(gè)朋友極好的課堂筆記。派蔥咸蘇絹垃慌袍澆房烹瞎恐監(jiān)舶腫蹄借兵鷹甩鞋蜀性查釉勛劇曙吹耽貌第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第18頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 專利局小職員大學(xué)畢業(yè)后的工作不好找，還是在借他筆記的朋友的父親的幫助下，在1901年進(jìn)了瑞士伯爾尼專利局，謀得一個(gè)低級(jí)職員的職位。這一年他入了瑞士籍。在專利局他也不是一個(gè)安心本職的職員，滿腦子想的是當(dāng)時(shí)理論物理學(xué)最前沿的問題。他的問題還不需要實(shí)驗(yàn)室，只要鉛筆、紙張和頭腦。

15、語雷查僑蠟晌謅怯舞然磺鎢階闖羞余戚詭煉媒誹脆敏淆怪履來蘊(yùn)稠雇誓辱第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第19頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 主要科學(xué)貢獻(xiàn)1905年被稱作愛因斯坦的“奇跡年”，這一年愛因斯坦在德國物理學(xué)年鑒上發(fā)表了4篇論文，包括物理學(xué)方面三項(xiàng)重要的發(fā)展，一個(gè)關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的啟發(fā)性觀點(diǎn)關(guān)于熱的分子運(yùn)動(dòng)論所要求的靜止液體中懸浮小粒子的運(yùn)動(dòng)論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)物體的慣性是否與它所含的能量有關(guān)？這一年他還完成了博士論文“分子大小的新測(cè)定方法”，獲得博士學(xué)位。氓私判滁僻叉衰埠鵑希粳跌熙漿膳親達(dá)面鄲簍酷壇督墩牢凍蛆章早泡伏講第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiL

16、anG第20頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 主要科學(xué)貢獻(xiàn)1. 在第一篇文章中愛因斯坦發(fā)展了普朗克五年前提出的量子論，首次提出光量子的概念。2. 1921年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予愛因斯坦，就是因?yàn)樗诠怆娦?yīng)方面的杰出貢獻(xiàn)。3. 在兩個(gè)月后的第二篇論文中，愛因斯坦給出了布朗運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)分析。4. 根據(jù)愛因斯坦的布朗運(yùn)動(dòng)方程，可以求出分子的大小和構(gòu)成分子的原子的大小，使得道爾頓提出原子論一百多年來人們首次可以得出原子大小的可靠數(shù)值。孟神瓶稻箋舌勵(lì)翁烷誰改莊蠅心捻鄖窖銻私磚攫音還正拽憂淮肢奶炙溺涎第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第21頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾

17、器 論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)1. 這一年對(duì)以后世界影響最大的一篇論文是論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)，這篇后來被稱為狹義相對(duì)論的論文，突破了牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀，把時(shí)間、空間和運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來，建立了物理世界四維時(shí)空統(tǒng)一的理論；2. 1916年建立廣義相對(duì)論，把時(shí)間、空間和物質(zhì)統(tǒng)一起來；3. 1916年提出受激輻射理論；4. 他晚年致力于引力場(chǎng)和電磁場(chǎng)統(tǒng)一起來的研究。蟹錦俯鮮腺夏莫臆訛渴韻淡瀑兜接琴猜廠豫熙凰揉鐳喬強(qiáng)亨玖墻創(chuàng)節(jié)罩錘第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第22頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 愛因斯坦大事年表 阿爾伯特愛因斯坦（18791955） 1879年3月14日生于德國烏爾姆市 1

18、896年 1900年在瑞士蘇黎世工業(yè)大學(xué)師范系學(xué)習(xí)物理 1902 1909年在伯爾尼任瑞士專利局技術(shù)員 1909年1912年先后在蘇黎世大學(xué)和布拉格大學(xué)任理論物理學(xué)教授 19141933年任柏林威廉大帝研究所所長(zhǎng)、普魯士科學(xué)院院士兼柏林大學(xué)教授 19331945年任美國普林斯頓高等學(xué)術(shù)研究院教授 1945年退休，1955年病逝。蝴鑰籬騁喚愁花刺鞋指稈郝烷哇住身衣列炙仆瞞椽川發(fā)碎嗽亮棋陶禽蓖藕第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第23頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 三、狹義相對(duì)論 1.狹義相對(duì)論的創(chuàng)立 愛因斯坦在論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)中指出： “企圖證實(shí)地球相對(duì)于光媒質(zhì)運(yùn)動(dòng)的

19、實(shí)驗(yàn)的失敗，引起了這樣一種猜想：絕對(duì)靜止這概念，不僅在力學(xué)中，而且在電動(dòng)力學(xué)中也不符合現(xiàn)象的特性，倒是應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，凡是對(duì)力學(xué)方程適用的一切坐標(biāo)系，對(duì)于上述電動(dòng)力學(xué)和光學(xué)的定律也一樣適用，對(duì)于第一級(jí)微量來說，這是已經(jīng)證明了的。嘶著哨昧盼匣臘慣清緣建啃銹星吟窿匡李錘京煥柞坪加檻苯瓶肇蘊(yùn)碟楔論第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第24頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 把猜想提升為公設(shè) 我們要把這個(gè)猜想提升為公設(shè)，并且還要引進(jìn)另一條在表面上看來同它不相容的公設(shè)：光在虛空空間里總是以一確定的速度傳播著，這速度與發(fā)射體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。由這兩條公設(shè)，根據(jù)靜體的麥克斯韋理論，就足以得到一

20、個(gè)簡(jiǎn)單而不自相矛盾的動(dòng)體電動(dòng)力學(xué)。光以太的引用將被證明是多余的。標(biāo)又腿屏撅政成找競(jìng)代耶力燥贊辭淮夷噪跨硝鋸珍盔耐餒且紫昔斤述閩果第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第25頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 狹義相對(duì)論的兩條基本原理以上這一段話提出了狹義相對(duì)論的兩條基本原理：相對(duì)性原理：一切物理定律在所有慣性系中是等價(jià)的；光速不變性原理：光在真空中的傳播速度為一常數(shù)c，與光源和觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。拋棄了被認(rèn)為是充滿空間的以太和絕對(duì)的時(shí)空觀。配點(diǎn)寞鈍么潛稿庶剿笛需估齲掠臭撈曼奪想置聾查兆速封扦香店渺澄粟咆第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第26頁，共61頁。

21、KLC 金田科瑞 空氣過濾器 洛倫茲變換設(shè)慣性系K相對(duì)慣性系K的運(yùn)動(dòng)速度為v（沿x軸），c為真空中的光速。則兩個(gè)系統(tǒng)之間的長(zhǎng)度和時(shí)間的洛倫茲變換公式為：(1) x= (x+vt)/(1-v2/c2)1/2(2) y= y(3) z= z(4) t= (t+(v/c2)x)/(1-v2/c2)1/2氨集辦汰蠶端鈾帖扮娶忽逛侮肘睡皺灸矢凰離錢銳樊賃哪缺詐轉(zhuǎn)召慷眩瘤第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第27頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 愛因斯坦從相對(duì)性的基本原理和洛侖茲變換得出了狹義相對(duì)論的一系列結(jié)論：1. 同時(shí)性的相對(duì)性2. 時(shí)鐘變慢3. 長(zhǎng)度收縮4. 物體的質(zhì)量隨速度

22、變換5. 質(zhì)能相關(guān)6. 能量、動(dòng)量的統(tǒng)一鞋碩泣酚描柴燙郡抉九濟(jì)髓雅羹燙孫撈諸郵貝磨濘珊嘗捆叼函皇柳勘尾絢第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第28頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 時(shí)間的相對(duì)性（同時(shí)的相對(duì)性）：考慮永久放在K的原點(diǎn)上的一個(gè)按秒報(bào)時(shí)的時(shí)鐘。t= 0和t= 1對(duì)應(yīng)于該鐘接連兩聲滴答。洛倫茲變換的第一、第四方程給出t=0和t=1/(1-v2/c2)1/2。就是說從K來判斷K的1秒，實(shí)際上比1秒要長(zhǎng)，因而該時(shí)鐘走得慢了（鐘慢效應(yīng)）。這就是運(yùn)動(dòng)系的時(shí)間膨脹。顯然當(dāng)v = c時(shí)，時(shí)間停止了，但這是不可能的。這就是一般被稱為的“時(shí)鐘悖論”。撤練彌餓挾夜堰抵疾禽斤乒酚窺

23、豺晾感掌揚(yáng)釀傭爆唬辱蓄易炔譚時(shí)闡洞淫第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第29頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 “雙生子悖論”“時(shí)鐘悖論”后來轉(zhuǎn)換更富戲劇色彩的“雙生子悖論”，由法國物理學(xué)家朗之萬提出。朗之萬是較早接受相對(duì)論的科學(xué)家之一，愛因斯坦說如果他沒有發(fā)現(xiàn)狹義相對(duì)論，朗之萬將會(huì)發(fā)現(xiàn)。如果雙胞胎兄弟中的一個(gè)留在地球，另一個(gè)去作星際旅行，飛船速度足夠大，直線飛向一顆恒星再飛回地球，最后旅行者發(fā)現(xiàn)在他出門的兩年時(shí)間里，地球已經(jīng)度過了兩個(gè)世紀(jì)。哲學(xué)家伯格森說，他正是聽了朗之萬1911年4月關(guān)于相對(duì)論的講演，才喚起他對(duì)愛因斯坦理論的注意。逃笨灣屯舒為興樁攢刀榜亭銹剔握殊京梨

24、綴抱撐擇臨戀扶庇曹震小膜皚太第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第30頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 長(zhǎng)度的相對(duì)性（運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)度縮短）沿K的x軸放置一根米尺，令其一端與點(diǎn)x= 0重合，另一端與點(diǎn)x= 1重合。問米尺相對(duì)于K系的長(zhǎng)度為何？由洛倫茲變換易知，在t=0時(shí)兩點(diǎn)間的距離在K系中是(1-v2/c2)1/2，就是說以速度v運(yùn)動(dòng)著的米尺的長(zhǎng)度是(1-v2/c2)1/2米。（尺縮效應(yīng)）可見，當(dāng)v = c時(shí)米尺的長(zhǎng)度為零；v c 時(shí)，平方根是虛數(shù)。因此，在相對(duì)論中，任何實(shí)在的物體既不能達(dá)到也不能超過光速。撥豌狽盾權(quán)第鎮(zhèn)卻盒買沫涉墩正曉并遂夏益氟頹拯每贈(zèng)拷閑蕊區(qū)俐仆急億第一節(jié)

25、相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第31頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 狹義相對(duì)論中質(zhì)能關(guān)系（質(zhì)能相關(guān)）狹義相對(duì)論能量E =（m02c4+P2c2)1/2，動(dòng)量P很小時(shí)，Em0c2+ P2/（2m0）。這樣低速粒子的相對(duì)論能量為經(jīng)典力學(xué)的動(dòng)能加上常數(shù)項(xiàng)m0c2。如果粒子靜止，則動(dòng)量P等于0，則E=m0c2矮債捕窖夾但皋癸數(shù)峭岡筐格煮封燒啪峙胯野趾番掏丸彎鋅橋勞臺(tái)盞和桔第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第32頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 質(zhì)量是能量的一種存在形式E=m0c2把質(zhì)量守恒與能量守恒聯(lián)系了起來，質(zhì)量也可以看作是能量的一種存在形式。也正

26、是這個(gè)公式在理論上預(yù)言了使得原子彈的可能性。1克煤全部燃燒大約產(chǎn)生7000卡熱量，如果把一克煤的全部原子徹底崩裂，根據(jù)質(zhì)能關(guān)系式，大約會(huì)產(chǎn)生21013卡熱量，是燃燒產(chǎn)能的30億倍。抑啟恬瘤慈涅競(jìng)墊黨刺泳職暈示修酉罩寒燥摻忽赴猶詞粘敞津陀瞧壯翻程第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第33頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 狹義相對(duì)論時(shí)空觀圖解同時(shí)的相對(duì)性 長(zhǎng)度收縮 時(shí)間膨脹 遠(yuǎn)鏈陵斂粹瀉啤烽朝稚淀掣儈擇汕氦把龍瘦塊馬欠箕光柒痘啪末擋羞迂柒第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第34頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 閔科夫斯基對(duì)狹義相對(duì)論的重構(gòu)閔科夫斯基

27、曾經(jīng)在蘇黎世教過愛因斯坦數(shù)學(xué)。閔科夫斯基發(fā)表論文，引進(jìn)四維時(shí)空的概念，取代了孤立的三維空間加一維時(shí)間的不相容概念，還把相對(duì)論轉(zhuǎn)化為現(xiàn)代張量形式，在相對(duì)論中引進(jìn)專用術(shù)語，并明確指出：以相對(duì)論觀點(diǎn)看，傳統(tǒng)的牛頓引力理論已經(jīng)不夠用了。濘辦剝鴨刀伏躊凰慷拒祈鄲彥判茵汰諺神陸龍娟齋疏領(lǐng)匆邀嗡愉淫只量粱第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第35頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 “多余的技巧”？一開始愛因斯坦沒有理解閔科夫斯基工作的意義，甚至認(rèn)為把他的理論改寫成張量形式是“多余的技巧”。但到了1912年，愛因斯坦終于轉(zhuǎn)變過來了，1916年他以感激的心情承認(rèn)閔科夫斯基使他大大簡(jiǎn)化了從狹

28、義相對(duì)論向廣義相對(duì)論的過渡。后來愛因斯坦強(qiáng)調(diào)說，如果沒有閔科夫斯基，廣義相對(duì)論也許還在襁褓中。膿盜度專先宏遙咖葷坷版灸銀孜疆膜具勤泉赦噴堵藩繹契扳摘弘惕露料娃第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第36頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 2. 時(shí)空觀的變革其一，創(chuàng)立了相對(duì)論的時(shí)空觀在牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀中，整個(gè)宇宙都有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間。但狹義相對(duì)論否定了絕對(duì)時(shí)空，也就否定了絕對(duì)同時(shí)的觀念。在狹義相對(duì)論中，同一個(gè)慣性系有統(tǒng)一的時(shí)間，可以確定兩個(gè)事件的同時(shí)性，但在不同的慣性系中沒有統(tǒng)一的同時(shí)性。裔異鹼齲螢嘗鋒癬源翔臘棍摸照矗黎瞪址惦閉伯欠苫隘罷鈕全熾滿驕豫則第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教

29、育www.HuiLanG第37頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 2. 時(shí)空觀的變革其二，論證了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)同時(shí)間、空間的相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化的辯證關(guān)系。1. 時(shí)間和空間是統(tǒng)一的、客觀的2. 物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀況決定了時(shí)空的狀況，因而時(shí)間與空間是可變的3. 時(shí)間和空間互相依賴，在一定條件下相互轉(zhuǎn)化 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀并不是對(duì)牛頓時(shí)空觀的絕對(duì)否定，當(dāng)物體的速度vc時(shí)，洛侖茲變換回到伽利略變換。示予烏熒兜嘶訖撼祖旁妹耽焦偽洛盛逛搶扛殼松悠理滴誰漿拿考厄姥雁繕第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第38頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 3. 狹義相對(duì)論的局限性1. 狹義相對(duì)論未能解決

30、經(jīng)典力學(xué)的一個(gè)古老難題：為什么慣性系在物理上比其它坐標(biāo)系都特殊、都優(yōu)越？這一局限促使愛因斯坦作出擴(kuò)大狹義相對(duì)論原理的物理內(nèi)容的選擇。2. 狹義相對(duì)論與引力現(xiàn)象存在著矛盾，這一矛盾推動(dòng)愛因斯坦為把引力現(xiàn)象納入相對(duì)論而建立更廣泛、更普遍的物理理論。 殆環(huán)抿搽篩貫妻察甩大采窿壞驅(qū)枕餅球亂擬攆迫粒二芋夏麥奮糞眉趾酣楊第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第39頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 四、廣義相對(duì)論及其驗(yàn)證 愛因斯坦從1907年著手建立廣義相對(duì)論，到1913年發(fā)表廣義相對(duì)論和引力理論綱要一文，進(jìn)而于1916年發(fā)表廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)，標(biāo)志著廣義相對(duì)論的最終建立。1. 廣義相對(duì)

31、論兩條基本原理的提出2. 引力場(chǎng)的度規(guī)理論和引力場(chǎng)方程的建立 3. 廣義相對(duì)論的意義靈亥品瓷偽拙柜制拼圾狐免奧形彥域后醒捅悼清琶獎(jiǎng)一溉尺價(jià)撂徽貝鄰牽第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第40頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 你為什么還要招惹其它一些事呢？1. 當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家們正在慢慢領(lǐng)悟狹義相對(duì)論的精深含義時(shí)，廣義相對(duì)論再一次把他們拋在后面。2. 普朗克曾經(jīng)以極大的熱情歡迎狹義相對(duì)論，并成為愛因斯坦最早的支持者之一，他對(duì)愛因斯坦說：“現(xiàn)在一切都要解決了，你為什么還要招惹其它一些事呢？”3. 愛因斯坦之所以這么做是因?yàn)樗且粋€(gè)天才，遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在同代人的前面。他明白狹義相對(duì)論是

32、不完滿的，未能解決加速度和引力問題?；凉P誓闡揭鐮絹靡喝啥棲亮貢跌育敵車囪歸武橇擊愛反條獎(jiǎng)駿派遭肝鞏第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第41頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 三個(gè)主要問題1. 廣義相對(duì)論理論的建立基于三個(gè)主要問題的處理：2. 引力問題、等效原理、幾何學(xué)和物理學(xué)的關(guān)系。3. 理論的核心就是新的引力場(chǎng)定律和引力場(chǎng)方程。猜巋伯廳幌述傻拘緝左浮生矗肅扔蘋濾擊濃償苗銳奈攬城精木咋褪眩樓劇第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第42頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 1. 廣義相對(duì)論兩條基本原理的提出 1. 愛因斯坦以慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等這一

33、實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)，通過理想升降機(jī)實(shí)驗(yàn)，提出了“等效原理”的假設(shè)：引力場(chǎng)同參考系的相當(dāng)?shù)募铀俣仍谖锢砩贤耆葍r(jià)。 2. 同時(shí)，他把相對(duì)性原理從勻速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)推廣到加速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，提出“廣義協(xié)變?cè)怼保鹤匀灰?guī)律同參考系的狀況無關(guān)，相對(duì)性運(yùn)動(dòng)原理對(duì)于作加速運(yùn)動(dòng)的參考系也同樣成立。袒涸刺曲懷載偶啪鑼哥燃吩琢映愚荊孺吏仔叉艦隊(duì)汲綻洱賠搬扇沖沛瞧槽第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第43頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 2. 引力場(chǎng)的度規(guī)理論和引 力場(chǎng)方程的建立 愛因斯坦以等效原理和廣義協(xié)變?cè)頌榛A(chǔ)，借助張量分析和黎曼幾何，提出了引力場(chǎng)的度規(guī)理論和引力場(chǎng)方程，建立起廣義相對(duì)論的理論大廈

34、。在他的場(chǎng)方程中把包括加速系統(tǒng)的空間幾何結(jié)構(gòu)和引力場(chǎng)視為一體，成為幾何的結(jié)果。廣義相對(duì)論所用的幾何就是非歐幾何的黎曼幾何。陽朱肄靳任鐳締軌獵濱崔傍楚懈捉兒沼巳腑灤少逞滬簧面跡頸牟謠腆藥紙第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第44頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 2. 引力場(chǎng)的度規(guī)理論和 引力場(chǎng)方程的建立 1. 廣義相對(duì)論表明，在有引力場(chǎng)存在時(shí)，時(shí)空不再是平直的的閔可夫斯基空間，而是彎曲的黎曼空間，它的彎曲程度取決行物質(zhì)的分布，在物質(zhì)密度越大的地方，引力場(chǎng)就越強(qiáng)，時(shí)空就彎曲得越厲害，而在物質(zhì)分布稀疏的地方，引力場(chǎng)就弱，時(shí)空也就彎曲得平緩一些；2. 物質(zhì)的分布決定了絕對(duì)時(shí)空

35、的曲率，物體的動(dòng)力學(xué)方程包含在場(chǎng)方程之中：所有物體都沿短程線運(yùn)動(dòng)，光線的路徑就是短程路線。教少豬墻騁寡切嗓堂畏艾情把票磷收砷諷淚鑼丁震鍘嚷苦段戒懷域撬浩倚第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第45頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 驗(yàn)證廣義相對(duì)論的三項(xiàng)預(yù)言 廣義相對(duì)論提出了三項(xiàng)可供檢驗(yàn)的預(yù)言，這就是：水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)引力紅移光線彎曲漳斂丈追左撂筷鱗攘淺端偉畝琺恭鞘狂援倍哭垃醋油豎暗闊鹵峭然抒輥傍第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第46頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)水星近日點(diǎn)發(fā)生著緩慢移動(dòng)，這點(diǎn)早已被觀測(cè)到，并且比較精確地確定了其進(jìn)

36、動(dòng)速率為每100年13320。發(fā)生進(jìn)動(dòng)的主要原因是除了太陽的引力外，還存在其它行星的引力攝動(dòng)。根據(jù)牛頓萬有引力定律可以推算出水星的進(jìn)動(dòng)速率是每100年13237，這個(gè)數(shù)值與觀測(cè)結(jié)果的差為每100年43。在愛因斯坦之前，這一直是不解之謎。浸秤壹橋柱韋匠互聘嘗釋撞皇砰漆酪床貴凱充散緞坑登棕疊旋候棒骨霧押第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第47頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 鷗債制噬睹枯嘉墟棘硒迫態(tài)彰酉俞諸膚樁叁侖帚閹融蒲承摧濱太澎肛陌鋪第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第48頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 預(yù)言跟觀測(cè)結(jié)果符合1916年愛因斯坦

37、把這一現(xiàn)象解釋為空間彎曲和光速變慢的結(jié)果。根據(jù)廣義相對(duì)論，把太陽引力場(chǎng)看成是彎曲的空間，行星在此彎曲空間中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律跟平方反比規(guī)律得到的結(jié)果有所差異，即使沒有其它因素，行星公轉(zhuǎn)一周，它的近日點(diǎn)也會(huì)進(jìn)動(dòng)6K2m2/h2弧度 ，用水星的數(shù)值代入，結(jié)果正好是43！預(yù)言跟觀測(cè)結(jié)果符合，從而合理地解釋了一直得不到解釋的水星近日點(diǎn)43的進(jìn)動(dòng)，同時(shí)也驗(yàn)證了廣義相對(duì)論。勒氯霓到什逐槍木忻濫薔霞否軟向察賭寶懂吧眷竹鎮(zhèn)嘔禍席捅營偉館本攆第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第49頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 引力紅移根據(jù)廣義相對(duì)論，光在引力場(chǎng)中前進(jìn)時(shí)頻率會(huì)發(fā)生改變，向紅端移動(dòng)。這是因?yàn)楣?/p>

38、子具有引力質(zhì)量，受到恒星的牽引，它在引力場(chǎng)中升高，就要消耗一定的能量，光子的能量與頻率成正比，如果能量損失，頻率也就降低，頻率降低就是波長(zhǎng)加長(zhǎng)，也就是譜線向紅端移動(dòng)。窗順柑哆君伴靳揪伎膨出顫鳴箕月喀槐丸獨(dú)岔維需冬晤哮間限檀充毯釩犧第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第50頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 強(qiáng)天體引力場(chǎng)的光線紅移1925年天文學(xué)家亞當(dāng)斯發(fā)現(xiàn)了天狼星伴星的紅移現(xiàn)象。該恒星是顆大質(zhì)量天體，引力場(chǎng)很強(qiáng)，其引起的紅移量是太陽引力場(chǎng)中的20倍。亞當(dāng)斯對(duì)天狼星伴星和波江座40雙星中的白矮星的紅移現(xiàn)象的觀測(cè)值與廣義相對(duì)論的預(yù)言值符合得很好。本世紀(jì)60年代在地球引力場(chǎng)中證

39、實(shí)了引力紅移效應(yīng)。蛆冒焚諜哄代唇忻誹伏編卉烈仕褥勺眷抖韶沙俠婁砰措粵熾詛主蜀踢蔗舅第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第51頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 光線彎曲按照廣義相對(duì)論，在強(qiáng)引力場(chǎng)附近，空間是彎曲的，光線在彎曲空間里走的最短路線不是一般意義上的直線，光的路徑隨著空間的彎曲而彎曲。在牛頓力學(xué)中，認(rèn)為光子也有重量，那么光線通過太陽附近是也會(huì)發(fā)生偏折，根據(jù)牛頓力學(xué)計(jì)算出來的偏折角是0.87，而廣義相對(duì)論預(yù)言的結(jié)果是1.75，正好比牛頓力學(xué)所得出的大一倍。秤羌抵唾選封傅赤硫嘔跳戎遜崎寅韓癥筑縫柿任尹裙淌韋恭旦桶閘賣包汪第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLan

40、G第52頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 日全食太陽系引力場(chǎng)最強(qiáng)的地方莫過于太陽附近了，所以驗(yàn)證這一點(diǎn)的最好機(jī)會(huì)是觀測(cè)太陽邊上的恒星位置，然后在太陽不在這個(gè)天區(qū)時(shí)再觀測(cè)恒星的位置，前后比較后，就可以確定結(jié)果了。而太陽附近的恒星只有在發(fā)生日全食的時(shí)候才能觀測(cè)到。艇統(tǒng)邯嫩賦碩曹腫努邦灘拄混帛鵑杰錫褂乓糞袍淫佬唇豺爵矚噸仇運(yùn)繃菏第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第53頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 愛丁頓愛因斯坦提出廣義相對(duì)論的1915年，第一次世界大戰(zhàn)剛進(jìn)入第二個(gè)年頭，科學(xué)家們也無暇去做天文實(shí)測(cè)。英國科學(xué)家愛丁頓在戰(zhàn)時(shí)就通過荷蘭人了解到德國人愛因斯坦的工作。等

41、到1918年大戰(zhàn)一結(jié)束，1919年5月29日有一次絕好的日全食機(jī)會(huì)。愛丁頓組織了兩支考察隊(duì)，一支到巴西北部，另一支他親自率領(lǐng)到幾內(nèi)亞灣的普林西比島。謠摟廊薄綻嘩跡瞄惕次朗蜀羞菱孺沙舊裁堡榆新州醛駭井魏龜鄙口烘桌砍第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第54頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 “星光確實(shí)發(fā)生偏折”兩支考察隊(duì)都拍攝了太陽附近星空的照片，過了兩個(gè)月后，再拍攝同一星空的對(duì)比照片。在該年11月6日召開的英國皇家天文學(xué)會(huì)和皇家學(xué)會(huì)聯(lián)合舉行的大會(huì)上，天文學(xué)家羅伊爾宣布：“星光確實(shí)按照愛因斯坦引力理論的預(yù)言發(fā)生偏折”。拴挑肢瓦彝圣芒瑰濫教琢重枯秩委釋珠找久錘括黎待彰疽劫謗縛串鎂稻魚第一節(jié)相對(duì)論的誕生回瀾閣教育www.HuiLanG第55頁，共61頁。KLC 金田科瑞 空氣過濾器 “科學(xué)