1、第一節(jié)第一節(jié) 相對(duì)論的誕生相對(duì)論的誕生世界物理年徽標(biāo)世界物理年徽標(biāo)（1）了解經(jīng)典的相對(duì)性原理）了解經(jīng)典的相對(duì)性原理 運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性中國(guó)古代研究：中國(guó)古代研究：尚書緯考靈曜尚書緯考靈曜 “地恒動(dòng)而人不知，譬如閉舟而行不覺舟之運(yùn)地恒動(dòng)而人不知，譬如閉舟而行不覺舟之運(yùn)也。也。” 伽里略相對(duì)性原理伽里略相對(duì)性原理關(guān)于兩種世界體系的對(duì)話關(guān)于兩種世界體系的對(duì)話： “理想船實(shí)驗(yàn)理想船實(shí)驗(yàn)”伽里略速度變換公式伽里略速度變換公式 ：uvv牛頓力學(xué)的不變性：牛頓力學(xué)的不變性： aa v伽利略相對(duì)性原理伽利略相對(duì)性原理 1632年，伽利略發(fā)表了年，伽利略發(fā)表了關(guān)于關(guān)于兩種世界體系的對(duì)話兩種世界體系的對(duì)話一

2、書，其中對(duì)船艙里觀察一書，其中對(duì)船艙里觀察到的現(xiàn)象有一段生動(dòng)的描述：到的現(xiàn)象有一段生動(dòng)的描述：“船停著不動(dòng)船停著不動(dòng)時(shí)，你留神觀察，小蟲都以等速向各方向飛行，時(shí)，你留神觀察，小蟲都以等速向各方向飛行，魚向各個(gè)方向隨意游動(dòng)，水滴滴進(jìn)下面的罐中；魚向各個(gè)方向隨意游動(dòng)，水滴滴進(jìn)下面的罐中；你把任何東西扔給你的朋友時(shí)，只要距離相等，你把任何東西扔給你的朋友時(shí)，只要距離相等，向這一方向不必比向另一方向用更多的力，你雙向這一方向不必比向另一方向用更多的力，你雙腳齊跳，無(wú)論向哪個(gè)方向跳過(guò)的距離都相同。當(dāng)腳齊跳，無(wú)論向哪個(gè)方向跳過(guò)的距離都相同。當(dāng)你仔細(xì)觀察這些事情之后，再使船以任何速度前你仔細(xì)觀察這些事情之后

3、，再使船以任何速度前進(jìn)，只要運(yùn)動(dòng)是勻速的，也不忽左忽右地?cái)[動(dòng)，進(jìn)，只要運(yùn)動(dòng)是勻速的，也不忽左忽右地?cái)[動(dòng)，你將發(fā)現(xiàn)，所有上述現(xiàn)象絲毫沒(méi)有變化。你也無(wú)你將發(fā)現(xiàn)，所有上述現(xiàn)象絲毫沒(méi)有變化。你也無(wú)法從其中任何一個(gè)現(xiàn)象來(lái)確定，船是在運(yùn)動(dòng)還是法從其中任何一個(gè)現(xiàn)象來(lái)確定，船是在運(yùn)動(dòng)還是停著不動(dòng)停著不動(dòng)”伽利略這段描述說(shuō)明：伽利略這段描述說(shuō)明：在相對(duì)于地面做勻速直線運(yùn)動(dòng)在相對(duì)于地面做勻速直線運(yùn)動(dòng)的船艙里所進(jìn)行的力學(xué)實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)，其結(jié)果與地面上的的船艙里所進(jìn)行的力學(xué)實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)，其結(jié)果與地面上的力學(xué)實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)結(jié)果沒(méi)有差異。不能根據(jù)在船艙內(nèi)的力力學(xué)實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)結(jié)果沒(méi)有差異。不能根據(jù)在船艙內(nèi)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)，來(lái)判斷船相對(duì)

4、于地面是靜止還是運(yùn)動(dòng)。學(xué)實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)，來(lái)判斷船相對(duì)于地面是靜止還是運(yùn)動(dòng)。正如地球以正如地球以30千米千米/秒的速度相對(duì)太陽(yáng)而運(yùn)動(dòng)，我們卻絲秒的速度相對(duì)太陽(yáng)而運(yùn)動(dòng)，我們卻絲毫沒(méi)有感覺地球在運(yùn)動(dòng)一樣，也不能根據(jù)地面上的力學(xué)毫沒(méi)有感覺地球在運(yùn)動(dòng)一樣，也不能根據(jù)地面上的力學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)直接判斷地球的公轉(zhuǎn)。這是因?yàn)榈孛嫔虾痛摾飳?shí)驗(yàn)來(lái)直接判斷地球的公轉(zhuǎn)。這是因?yàn)榈孛嫔虾痛摾锏牧W(xué)規(guī)律具有相同的形式。牛頓第二定律的形式的力學(xué)規(guī)律具有相同的形式。牛頓第二定律的形式Fma，在靜止的船上和做勻速直線運(yùn)動(dòng)的船上是相同的。，在靜止的船上和做勻速直線運(yùn)動(dòng)的船上是相同的。牛頓運(yùn)動(dòng)定律是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，牛頓運(yùn)動(dòng)定律是經(jīng)典力學(xué)的

5、基礎(chǔ)，凡是牛頓運(yùn)動(dòng)定律成凡是牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參照系，稱為慣性參照系，或簡(jiǎn)稱慣性系。地面參立的參照系，稱為慣性參照系，或簡(jiǎn)稱慣性系。地面參照系是慣性系，相對(duì)地面做勻速直線運(yùn)動(dòng)的船也是慣性照系是慣性系，相對(duì)地面做勻速直線運(yùn)動(dòng)的船也是慣性系。一般而言，相對(duì)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的任何參照系。一般而言，相對(duì)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的任何參照系，都是慣性系。系，都是慣性系。牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系，稱為牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系，稱為慣性參考系慣性參考系，簡(jiǎn)稱慣性系簡(jiǎn)稱慣性系牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立的參考系，牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立的參考系，稱為稱為非慣性系非慣性系v綜上所述，相對(duì)任何慣性系，力綜上所述，相對(duì)任何慣性系，

6、力學(xué)規(guī)律都具有相同的形式。換言學(xué)規(guī)律都具有相同的形式。換言之，之，在描述力學(xué)的規(guī)律上，一切在描述力學(xué)的規(guī)律上，一切慣性系都是等價(jià)的。慣性系都是等價(jià)的。這一原理稱這一原理稱為伽利略相對(duì)性原理，或經(jīng)典力為伽利略相對(duì)性原理，或經(jīng)典力學(xué)的相對(duì)性原理學(xué)的相對(duì)性原理。（2）知道狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)）知道狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理：狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理：相對(duì)性原理相對(duì)性原理 一切物理定律，在不同的慣性系中是一切物理定律，在不同的慣性系中是相同的相同的 光速不變?cè)砉馑俨蛔冊(cè)?光在真空中的傳播速度在不同的慣性光在真空中的傳播速度在不同的慣性系中測(cè)得的數(shù)值都是相同的系中測(cè)得的數(shù)值

7、都是相同的 邁克爾遜邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)?zāi)讓?shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理圖實(shí)驗(yàn)原理圖 實(shí)驗(yàn)干涉條紋實(shí)驗(yàn)干涉條紋 v電磁理論與經(jīng)典的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論的矛盾電磁理論與經(jīng)典的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論的矛盾 19世紀(jì)中葉，世紀(jì)中葉，麥克斯韋在總結(jié)前人研究電磁現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，建立了完麥克斯韋在總結(jié)前人研究電磁現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，建立了完整的電磁理論，又稱麥克斯韋電磁場(chǎng)方程組。麥克斯韋整的電磁理論，又稱麥克斯韋電磁場(chǎng)方程組。麥克斯韋電磁理論不但能夠解釋當(dāng)時(shí)已知的電磁現(xiàn)象，而且預(yù)言電磁理論不但能夠解釋當(dāng)時(shí)已知的電磁現(xiàn)象，而且預(yù)言了電磁波的存在，確認(rèn)光是波長(zhǎng)較短的電磁波，電磁波了電磁波的存在，確認(rèn)光是波長(zhǎng)較短的電磁波，電磁波在真空中的傳播速度為一常數(shù)，在

8、真空中的傳播速度為一常數(shù)，c3.0108米米/秒，并秒，并很快為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。很快為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。v從麥?zhǔn)戏匠探M中解出的光在真空中的傳播速度與光源的從麥?zhǔn)戏匠探M中解出的光在真空中的傳播速度與光源的速度無(wú)關(guān)。如果光波也和聲波一樣，是靠一種媒質(zhì)速度無(wú)關(guān)。如果光波也和聲波一樣，是靠一種媒質(zhì)(以以太太)傳播的，那么光速相對(duì)于絕對(duì)靜止的以太就應(yīng)該是傳播的，那么光速相對(duì)于絕對(duì)靜止的以太就應(yīng)該是不變的。科學(xué)家們?yōu)榱藢ふ乙蕴隽舜罅康膶?shí)驗(yàn)，其中不變的。科學(xué)家們?yōu)榱藢ふ乙蕴隽舜罅康膶?shí)驗(yàn)，其中以美國(guó)物理學(xué)家邁克耳孫和莫雷實(shí)驗(yàn)最為著名。這個(gè)實(shí)以美國(guó)物理學(xué)家邁克耳孫和莫雷實(shí)驗(yàn)最為著名。這個(gè)實(shí)驗(yàn)不但沒(méi)能證明以太的存在，相

9、反卻宣判了以太的死刑，驗(yàn)不但沒(méi)能證明以太的存在，相反卻宣判了以太的死刑，證明光速相對(duì)于地球是各向同性的。但是這卻與經(jīng)典的證明光速相對(duì)于地球是各向同性的。但是這卻與經(jīng)典的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論相矛盾。運(yùn)動(dòng)學(xué)理論相矛盾。v愛因斯坦分析了物理學(xué)的發(fā)展，特別是電愛因斯坦分析了物理學(xué)的發(fā)展，特別是電磁理論，于磁理論，于1905年提出了狹義相對(duì)論。狹年提出了狹義相對(duì)論。狹義相對(duì)論的基本原理可表述于下：義相對(duì)論的基本原理可表述于下：v1.1.相對(duì)性原理相對(duì)性原理 相對(duì)任何慣性系，包括電相對(duì)任何慣性系，包括電磁理論在內(nèi)的物理規(guī)律具有相同的形式。磁理論在內(nèi)的物理規(guī)律具有相同的形式。也就是說(shuō)，沒(méi)有任何物理實(shí)驗(yàn)?zāi)艽_定一個(gè)也就是說(shuō)，沒(méi)有任何物理實(shí)驗(yàn)?zāi)艽_定一個(gè)慣