相對(duì)論發(fā)展史講義

相對(duì)論的建立一.兩朵烏云

1900，開爾文勛爵：物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成，未來(lái)的物理學(xué)家只需要做些修修補(bǔ)補(bǔ)的工作就行了。但是，明朗的天空還有兩朵烏云：一朵與黑體輻射有關(guān)，另一朵與邁克爾遜實(shí)驗(yàn)有關(guān)。第一朵烏云：黑體輻射量子論第二朵烏云：邁克爾遜實(shí)驗(yàn)相對(duì)論19001905量子論的誕生量子說(shuō)光子說(shuō)愛(ài)因斯坦解釋光電效應(yīng)1905愛(ài)因斯坦生平（Ⅰ）1879.3.14誕生于德國(guó)烏爾姆中，小學(xué)時(shí)代德國(guó)慕尼黑1895-1896瑞士阿勞中學(xué)一年1896-1900蘇黎士工業(yè)大學(xué)學(xué)習(xí)1900-1902艱辛求職，四面碰壁

愛(ài)因斯坦對(duì)學(xué)校教育持批評(píng)態(tài)度，一生中除了在阿勞中學(xué)那一年的補(bǔ)習(xí)班外，對(duì)學(xué)校教育沒(méi)有好印象。他高度評(píng)價(jià)阿勞中學(xué)的教學(xué)：“這個(gè)中學(xué)用它的自由精神和那些不仗外界權(quán)勢(shì)的教師的純樸熱情，培養(yǎng)了我的獨(dú)立精神和創(chuàng)造精神。正是阿勞中學(xué)，成為了孕育相對(duì)論的土壤”1902-1909伯爾尼發(fā)明專利局工作初期科研情況：1901-------1篇論文1902-------2篇論文1903-------1篇論文1904-------1篇論文希爾伯特：沒(méi)有比專利局對(duì)愛(ài)因斯坦更適合的工作單位了

空閑、寬容愛(ài)因斯坦的豐收年（26歲）1905-------5篇3月解釋光電效應(yīng)——光子說(shuō)（6月發(fā)表）4月博士論文：測(cè)定分子大小的新方法（4月提交）

5月解釋釋布朗運(yùn)動(dòng)（（7月發(fā)表））6月“論論運(yùn)動(dòng)物體的的電動(dòng)力學(xué)””——狹義相對(duì)論（9月發(fā)表）9月（（11月發(fā)表））愛(ài)因斯坦生平平（Ⅱ）1909-1914進(jìn)進(jìn)入大學(xué)工工作（蘇黎士士，布拉格等地）1914-1933柏柏林大學(xué)教教授，德國(guó)物物理研究所所長(zhǎng)、院士1915提提出廣義相對(duì)對(duì)論（36歲）1933-1955美美國(guó)普林斯斯頓大學(xué)高級(jí)級(jí)研究所研究員1955年4月18日逝逝世二.狹義相對(duì)對(duì)論光波是“以太太”的彈性振振動(dòng)。以太相對(duì)于地地球運(yùn)動(dòng)嗎？？光行差現(xiàn)象（（1728，，1810））：以太相對(duì)于地球有運(yùn)運(yùn)動(dòng)。邁克爾遜實(shí)驗(yàn)驗(yàn)（1881，1887）：沒(méi)有測(cè)出這一運(yùn)動(dòng)動(dòng)。洛倫茲的解釋釋：以太相對(duì)于絕絕對(duì)空間靜止止。洛倫茲收縮：：x’=x-vty’=yz’=zt’=t伽利略變換洛倫茲變換：：相對(duì)于絕對(duì)對(duì)空間的變換換愛(ài)因斯坦的新新理論相對(duì)性原理光速不變?cè)砝砺鍌惼澴儞Q不存在絕對(duì)空空間，一切運(yùn)運(yùn)動(dòng)都是相對(duì)對(duì)的洛倫茲變換是是任意兩個(gè)慣慣性系之間的的變換V是相對(duì)速度愛(ài)因斯坦：洛倫茲反對(duì)愛(ài)愛(ài)因斯坦的觀觀點(diǎn)，給愛(ài)因斯坦的的理論起了個(gè)個(gè)名字：相對(duì)論相對(duì)論認(rèn)為“同時(shí)”是相相對(duì)的動(dòng)尺收縮：空空間是是相對(duì)的動(dòng)鐘變慢：時(shí)時(shí)間是是相對(duì)的質(zhì)能關(guān)系：愛(ài)因斯坦的創(chuàng)創(chuàng)新之處：（1）堅(jiān)持相相對(duì)性原理（2）認(rèn)識(shí)到到光速是絕對(duì)對(duì)的（3）時(shí)間能能量空間動(dòng)動(dòng)量究竟是誰(shuí)創(chuàng)造造了相對(duì)論？？歷史：1892洛洛倫倫茲－斐茲杰杰惹收縮（1892））（1889，1893）1902彭彭卡卡萊否認(rèn)絕對(duì)對(duì)空間，絕對(duì)對(duì)時(shí)間（但仍承認(rèn)有有以太）批評(píng)相對(duì)于絕絕對(duì)空間的動(dòng)動(dòng)尺收縮假設(shè)設(shè)，認(rèn)為“相對(duì)性性原理”適用用于電磁理論論1904洛洛倫茲部部分接受彭卡卡萊批評(píng)提出地方時(shí)間間（非真實(shí)時(shí)間間）給出洛倫茲變變換（1887佛佛格特，，1898拉拉摩）電子質(zhì)量公式式1904彭彭卡萊·正確表述“相相對(duì)性原理””·提到用光信號(hào)號(hào)對(duì)鐘，但認(rèn)認(rèn)為得到的是是地方時(shí)間，，不是真實(shí)時(shí)時(shí)間?！ね茰y(cè)真空中光光速c是常數(shù)，且可可能是極限速速度；1905愛(ài)愛(ài)因斯斯坦發(fā)表相對(duì)對(duì)論（論運(yùn)動(dòng)物體體的電動(dòng)力學(xué)學(xué)）只有他認(rèn)識(shí)到到（1）必須徹徹底拋棄絕對(duì)對(duì)空間（以太太）必須徹底拋棄棄絕對(duì)時(shí)間（（同時(shí)的絕對(duì)對(duì)性）（2）“同時(shí)時(shí)”是相對(duì)的的，可以用光光來(lái)對(duì)鐘，定定義“同時(shí)””（3）新理論論是一個(gè)時(shí)空空理論楊振寧教授洛倫茲只有近近距離眼光，，沒(méi)有遠(yuǎn)距離離眼光洛倫茲（只重重視解釋實(shí)驗(yàn)驗(yàn)與觀測(cè)結(jié)果果）局部修改改物理理論，，不從哲學(xué)角角度考慮彭卡萊只有遠(yuǎn)遠(yuǎn)距離眼光，，沒(méi)有近距離離眼光彭卡萊只從哲哲學(xué)和教學(xué)的的角度來(lái)考查查問(wèn)題,不不從實(shí)驗(yàn)驗(yàn)和測(cè)量的角角度考查愛(ài)因斯坦具有有自由的眼光光，既近距離離又遠(yuǎn)距離觀觀察問(wèn)題既重視實(shí)驗(yàn)和和觀測(cè)，又注注重哲學(xué)探討討（馬赫著作作，“奧林匹匹亞學(xué)院”））洛倫茲是技術(shù)術(shù)型的，彭卡卡萊是哲學(xué)型型的，愛(ài)因斯斯坦是物理型型的。三.彎曲的時(shí)時(shí)空——廣義義相對(duì)論（1）慣性系系無(wú)法定義（2）萬(wàn)有引引力定律納不不進(jìn)相對(duì)論體體系引力場(chǎng)=慣性性場(chǎng)(局域)等效原理廣義相對(duì)性原原理廣義相對(duì)論萬(wàn)有引力不是是真正的力，，而是時(shí)空彎彎曲的表現(xiàn)行星繞日運(yùn)動(dòng)動(dòng)是慣性運(yùn)動(dòng)動(dòng)（伽利略的的錯(cuò)誤）地球上的自由由落體是慣性性運(yùn)動(dòng)時(shí)間能能量空間動(dòng)動(dòng)量時(shí)空曲率物質(zhì)廣義相對(duì)論的的三個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)驗(yàn)證（1）引力力紅移（2）水星星進(jìn)動(dòng)（3）光線線偏折水星軌道近日日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)"/百年，（觀觀測(cè)）"/百年，（計(jì)計(jì)算）43.11"/百年的進(jìn)動(dòng)動(dòng)無(wú)法解釋廣義相對(duì)論的的回答：43"/百年勒維葉的猜測(cè)測(cè)，火神星（勒維葉與亞亞當(dāng)斯發(fā)現(xiàn)海海王星）光線偏折廣義相對(duì)論：：=1.75"牛頓理論：=0.875"實(shí)驗(yàn)觀測(cè)：（1915年年：愛(ài)丁頓西非普林西比比;巴西，陰雨））"今天：=1.89"引力波廣義相對(duì)論預(yù)預(yù)言：有引力力波，以光速速傳播發(fā)現(xiàn)脈動(dòng)雙星星（PSR1913+16））軌道周期每年年減少約萬(wàn)分之一秒，恰恰好可用引力力輻射來(lái)解釋釋。（由于對(duì)脈沖沖雙星研究的的貢獻(xiàn)獲1993年諾貝貝爾物理獎(jiǎng)，，但未明確指指明發(fā)現(xiàn)引力力波。）愛(ài)因斯坦說(shuō)：：狹義相對(duì)論如如果我不發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，五年之內(nèi)內(nèi)就會(huì)有人發(fā)發(fā)現(xiàn)。廣義相對(duì)論如如果我不發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，50年之之內(nèi)也不會(huì)有有人發(fā)現(xiàn)！愛(ài)因斯坦與格格羅斯曼合作作得到場(chǎng)方程程：愛(ài)因斯坦與希希爾伯特討論論后得到正確確的場(chǎng)方程：：數(shù)學(xué)家對(duì)愛(ài)因因斯坦的幫助助四、相對(duì)論的的進(jìn)展現(xiàn)代宇宙學(xué)黑洞奇性定理時(shí)空隧道與時(shí)時(shí)間機(jī)器規(guī)范場(chǎng)現(xiàn)代宇宙學(xué)愛(ài)因斯坦：有有限，無(wú)邊的的靜態(tài)宇宙模模型加入宇宙項(xiàng)（宇宙項(xiàng)）暗物物質(zhì)質(zhì)與與暗暗能能量量物質(zhì)質(zhì)亮星星暗物物質(zhì)質(zhì)暗能能量量重子子熱暗暗物物質(zhì)質(zhì)(中中微微子子)冷暗暗物物質(zhì)質(zhì)起源源于于λ動(dòng)力力學(xué)學(xué)暗暗能能量量廣義義相相對(duì)對(duì)論論在在宇宇觀觀尺尺度度失失效效0.5%4%0.3%29%65%黑洞洞r(視視界界））r=0奇奇點(diǎn)點(diǎn)tr洞外外時(shí)時(shí)間間空空間間洞內(nèi)內(nèi)空空間間時(shí)時(shí)間間信息息疑疑難難2004年年7月月21日日,霍霍金金““我我輸輸了了””霍金金(S.W.Hawking)索恩恩(Kip.Throne)普瑞瑞斯斯基基(JohnPreskill)奇性性疑疑難難彭若若斯斯與與霍霍金金的的奇奇性性定定理理:時(shí)間間一一定定有有開開始始和和結(jié)結(jié)束束宇宙宙中中的的蟲蟲洞洞時(shí)空空隧隧道道與與時(shí)時(shí)間間機(jī)機(jī)器器規(guī)范范場(chǎng)場(chǎng)：：1、、愛(ài)愛(ài)因因斯斯坦坦統(tǒng)統(tǒng)一一場(chǎng)場(chǎng)論論的的思思想想2、、魏魏爾爾（（H.Weyl））的尺尺度度變變換換理理論論－－－規(guī)規(guī)范范場(chǎng)場(chǎng)3、、愛(ài)愛(ài)因因斯斯坦坦的的反反對(duì)對(duì)意意見見4、、福?？丝伺c與倫倫敦敦對(duì)對(duì)魏魏爾爾理理論論的的修修正正5、、楊楊振振寧寧對(duì)對(duì)規(guī)規(guī)范范場(chǎng)場(chǎng)的的貢貢獻(xiàn)獻(xiàn)6、、引引力力規(guī)規(guī)范范理理論論五、、愛(ài)愛(ài)因因斯斯坦坦的的主主要要成成就就1905狹狹義義相相對(duì)對(duì)論論（（受受馬馬赫赫思思想想啟啟發(fā)發(fā)））光子子說(shuō)說(shuō)1915廣廣義義相相對(duì)對(duì)論論（（受受馬馬赫赫思思想想啟啟發(fā)發(fā)，，得得到格格羅羅思思曼曼與與希希爾爾伯伯特特的的幫幫助助））其他他成成就就：：分分子子運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)論論，，量量子子統(tǒng)統(tǒng)計(jì)計(jì)，，激激光光原理理，，統(tǒng)統(tǒng)一一場(chǎng)場(chǎng)論論，，與與哥哥本本哈哈根根學(xué)派派的的論論戰(zhàn)戰(zhàn)愛(ài)因因斯斯坦坦是是人人而而不不是是神神他曾曾經(jīng)經(jīng)：：不同同意意膨膨脹脹宇宇宙宙模模型型；；不同同意意白白矮矮星星存存在在質(zhì)質(zhì)量量上上限限；；不同同意意有有黑黑洞洞存存在在；；不同同意意H.Weyl的規(guī)規(guī)范范場(chǎng)場(chǎng)論論；；始終終不不同同意意量量子子力力學(xué)學(xué)的的統(tǒng)統(tǒng)計(jì)計(jì)解解釋釋………這些些不不同同意意見見有有對(duì)對(duì)有有錯(cuò)錯(cuò)，，他他從從正正反反兩兩方方面面推推動(dòng)動(dòng)了了物物理理學(xué)學(xué)的的發(fā)發(fā)展展。。愛(ài)因因斯斯坦坦作作出出劃劃時(shí)時(shí)代代的的成成就就是是在在25歲歲－－45歲歲之間間26歲歲：狹狹義義相相對(duì)對(duì)論論，，光光量量子子論論36歲歲：廣廣義義相相對(duì)對(duì)論論9、靜夜夜四無(wú)無(wú)鄰，，荒居居舊業(yè)業(yè)貧。。。12月月-2212月月-22Sunday,December25,202210、雨中中黃葉葉樹，，燈下下白頭頭人。。。15:41:5115:41:5115:4112/25/20223:41:51PM11、以我獨(dú)沈沈久，愧君君相見頻。。。12月-2215:41:5115:41Dec-2225-Dec-2212、故人江海海別，幾度度隔山川。。。15:41:5115:41:5115:41Sunday,December25,202213、乍見翻疑疑夢(mèng)，相悲悲各問(wèn)年。。。12月-2212月-2215:41:5115:41:51December25,202214、他鄉(xiāng)生生白發(fā)，，舊國(guó)見見青山。。。25十十二月20223:41:52下午午15:41:5212月-2215、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。十二月223:41下午午12月-2215:41December25,202216、行動(dòng)出成果果，工作出財(cái)財(cái)富。。2022/12/2515:41:5215:41:5225December202217、做前，能夠夠環(huán)視四周；；做時(shí)，你只只能或者最好好沿著以腳為為起點(diǎn)的射線線向前。。3:41:52下午3:41下下午15:41:5212月-229、沒(méi)有失敗，，只有暫時(shí)停停止成功！。。12月-2212月-22Sunday,December25,202210、很多事情努努力了未必有有結(jié)果，但是是不努力卻什什么改變也沒(méi)沒(méi)有。。15:41:5215:41:5215:4112/25/20223:41:52PM11、成功功就是是日復(fù)復(fù)一日日那一一點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)小小小努力力的積積累。。。12月月-2215:41:5215:41Dec-2225-Dec-2212、世間間成事事，不不求其其絕對(duì)對(duì)圓滿滿，留留一份份不足足，可可得無(wú)無(wú)限完完美。。。15:41:5215:41:5215:41Sunday,December25,202213、不不知知香香積積寺寺，，數(shù)數(shù)里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2215:41:5215:41:52December25,202214、意意志志堅(jiān)堅(jiān)強(qiáng)強(qiáng)的的人人能能把把世世界界放放在在手手中中像像泥泥塊塊一一樣樣任任意意揉揉捏捏。。25十十二二月月20223:41:52下下午午15:41:5212月月-2215、楚塞三三湘接，，荊門九九派通。。。。十二月223:41下午午12月-2215:41December25,202216、少年十十五二十十時(shí)，步步行奪得得胡馬騎騎。。2022/12/2515:41:5215:41:5225December202217、空山山新雨雨后，，天氣氣晚來(lái)來(lái)秋。。。3:41:52下下午3:41下下午午15:41:5212月月-229、楊柳柳散和和風(fēng)，，青山山澹吾吾慮。。。12月月-2212月月-22Sunday,December25,202210、閱讀一切切好書如同同和過(guò)去最最杰出的人人談話。15:41:5215:41:5215:4112/25/20223:41:52PM11、越是沒(méi)有有本領(lǐng)的就就越加自命命不凡。12月-2215:41:5215:41Dec-2225-