第十五章相對論簡介15.1相對論的誕生1h

牛頓的經典力學的基礎就是以牛頓命名的三條定律，這一理論形成于十七世紀，在以后的兩個多世紀里，牛頓力學對科學和技術的發展起了巨大的推動作用，同時自身也得到了很大發展。但是，進入二十世紀，物理學研究的領域開始深入到了微觀高速領域，這時人們發現牛頓力學在這些領域不再適用。物理學的發展要求對牛頓力學以及某些長期認為是不言自明的基本觀念作出根本性的變革，物理學需要一場革命！二十世紀初誕生的相對論和量子力學就是這場從經典物理向近代物理變革的標志2h20世紀最偉大的科學家愛因斯坦3h一、經典的相對性原理1、慣性系：牛頓運動定律成立的參考系相對于一個慣性參考系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系2、伽利略相對性原理

力學規律在任何慣性系中都是相同的還可表述為：在一個慣性參考系內進行的任何力學實驗都不能判斷這個慣性系是否相對于另一個慣性系做勻速直線運動；或者說，任何慣性系都是平權的。4h

牛頓的伽利略相對性原理是作為基本假設提出來的，它之所以為人們接受承認，一方面是牛頓力學在解決力學問題獲得的巨大功；另一方面觀察結果與人們的經驗相符。

但是十九世紀中葉，人們在研究與物體運動有關的電磁現象時，發現在電磁現象的規律不符合相對性原理

其中最典型的就是光速的問題5h

不同的參考系中觀察物體的運動情況可能不同，物體在空間移動這一概念也是相對的．在不同參考系中觀察物體的運動情況6h

光速恒定的特性，同運動的相對性原理之間似乎產生了矛盾？

但是實驗現象表明，不論光源和觀察者做怎樣的相對運動，光速都是恒定的．v光速＝光速＝7h

這一結論還特別為后來的很多精確的實驗所證實，最著名的是1887年邁克爾遜和莫雷所做的實驗。它們都明確無誤地證明光速的測量結果與光源和測量者的相對運動無關，亦即與參照系無關。可見光和電磁波的運動不服從伽利略相對原理.任何參照系中測得的光在真空的速率都應該是這一數值8h

當時人們為了解決這個困難，提出了三種可能：（1）麥克斯韋電磁理論有錯，正確的電磁方程組應滿足伽利略不變性。（2）牛頓力學與麥克斯韋電磁理論都對，但麥克斯韋電磁理論只在某一特殊的慣性系成立。（3）牛頓力學與伽利略變換不對，應存在某種變換，麥克斯韋電磁理論在這種新的變換下具有不變性。這意味著經典牛頓力學要作修改，修改后的力學方程在新的變換下具有不變性。9h二、相對性原理與電磁規律

19世紀后半葉和20世紀初，物理學家們曾經猜想，有一種叫做以太的介質，彌漫在宇宙中，它是電磁波傳播時所需要的介質，拿以太做參考系時麥克斯韋的電磁理論才成立．今天看來，以太是某一特殊參考系的代表．麥克爾遜實驗表明不存在這樣的特殊參考系，實際上就是宣布宇宙間不存在以太．麥克爾遜莫雷實驗10h

上述的矛盾使物理學家面臨兩個選擇，一是修正現有的理論，去迎合實驗結果（這相對比較容易，但常常無效）；另一種主張徹底擺脫“麥克斯韋電磁理論只適用于某一特殊的慣性系”，創立全新的理論。愛因斯坦、龐加萊等人選擇了后者．并提出了兩個假設：11h三、狹義相對論的兩個基本假設1、狹義相對性原理在不同的慣性參考系，一切物理規律都是相同的2、光速不變原理真空中的光速在不同的慣性參考系中是相同的，光速與光源、觀察者間的相對運動沒有關系。

就是在看來如此簡單且最一般的兩個假設的基礎上愛因斯坦建立了一套完整的理論——狹義相對論12h對兩個基本原理的正確理解①自然規律不僅包括力學規律，還包括電磁學規律等其他所有的物理學規律；②強調真空中的光速不變指大小既不依賴于光源或觀察者的運動，也不依賴于光的傳播方向③幾十年來科學家采用各種先進的物理技術測量光速，結果都不違背光速不變原理。13h小結一、伽利略相對性原理

力學規律在任何慣性系中都是相同的二、相對性原理與電磁規律發生矛盾三、狹義相對論的兩個基本假設

1、狹義相對性原理在不同的慣性參考系，一切物理規律都是相同的

2、光速不變原理

真空中的光速在不同的慣性參考系中是相同的，光速與光源、觀察者間的相對運動沒有關系。14h

相對論的時空觀念與人們固有的時空觀念差別很大，很難被普通人所理解。人們都稱贊愛因斯坦偉大，但又常常弄不懂這偉大的內容。這使人們想起英國詩人波譜歌頌牛頓的詩句:

自然界和自然界的規律隱藏在黑暗中，上帝說：“讓牛頓去吧，”于是一切都成為光明。后人續寫道:上帝說完多少年之后，魔鬼說：“讓愛因斯坦去吧，”于是一切又回到黑暗中。15h;170彩票vyf59wbu喝了?！庇谑谴蠹彝Ａ耸?，分頭去東、西兩邊屋子洗手擦臉。然后，耿家父子們過西邊屋子里喝茶。喬氏端來一大盤子洗干凈的蘋果和脆棗兒放在圓桌上，說：“吃點兒果子和棗兒吧！這脆棗兒是對門兒的王婆婆今兒個早上讓她大孫娃子送過來的，我吃了一個，又脆又甜！”小青說：“你們吃吧，我才不吃這棗兒呢！”白百大說：“丫頭你不要這樣說話，婆婆是一番好心意?。∷犝f爹回來了，就送來脆棗兒。我們可是多年的好街坊了。”小青賭氣地說：“那我也不吃！”喬氏開始打圓場了，連聲說：“好好好，你不用吃，我們吃。耿大哥，你抓一把。英丫頭，你吃，也給你哥和你弟抓一些。好吃著呢！”歇息一會兒，大家又去繼續干活兒。到喬氏招呼大家吃午飯時，已經騰挪得只剩下四根準備做房梁用的大木材了。白百大說：“咱們吃飯去。下午，我多找幾個有經驗，有力氣的人來。當年，這四根大木材可是十來個大漢才給抬進院兒里來的呢！還有，拆這幾間棚子，也得請大家一起幫忙了?！睆霓r歷九月初六破土動工開始，白家五間新瓦房的修建工程進展得很順利。那天傍晚，騰挪開蓋房子的地方以后，白百大親自動手象征性地挖了幾鐵鍬，就算是已經破土了。次日早飯后，他請來了本鎮上的幾個具有豐富造房經驗的工匠，拉開皮尺量好了五間新房各間地基的尺寸。然后，兩家人就開始自己動手挖地基了。按照工匠們的要求挖好地基后，白百大又請來了十幾個年輕力壯的街坊幫忙，大家齊心協力打地基、鋪石子、墊柱基、立柱、起架、上梁、砌墻、鋪椽、裝前擋僅僅一個半月的時間，五間新屋的主體工程就已經完成了一大半。接下來需要做的是新屋封頂了。新屋封頂也叫“按棧”，是蓋房過程中最緊張的一項工程。完成這一工程時，小伙子們光腳下泥盤，邊刨邊踩，光著脊梁，用長柄泥叉或泥耙往房頂上搭泥，房頂上小工們奔走如飛地運泥，泥匠師傅左右開弓揮舞抹刀抹泥。不管是幾間房，都要一口氣干完才能吃飯。因此，這一天是最需要較多人手來幫忙的。在新屋封頂的前一天，白百大和耿老爹就在院子里的西墻根兒下砌了兩個臨時的爐灶。小青則帶領耿正兄妹三人，從街坊鄰居那里借來了足夠的桌椅板凳和碗呀碟呀的一應餐具；然后，又推著小推車到菜地，從菜農那里買回了好多各種各樣的新鮮蔬菜；最后，他們又一起來到鎮上的肉