狹義相對論產生的實驗基礎和歷史條件

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1、4 42 2 狹義相對論產生的實驗基礎和歷史條件狹義相對論產生的實驗基礎和歷史條件第第4 4章章 相對論相對論1 1919世紀中期麥克斯韋建立的電磁場理論指出光世紀中期麥克斯韋建立的電磁場理論指出光是電磁波，并提出光是在以太中傳播的假說。是電磁波，并提出光是在以太中傳播的假說。 以太假說的主要內容是以太假說的主要內容是：以太是傳播包括光波以太是傳播包括光波在內的電磁波的彈性媒質，它充満整個宇宙空間。在內的電磁波的彈性媒質，它充満整個宇宙空間。以太中帶電粒子振動會引起以太變形，這種變形以以太中帶電粒子振動會引起以太變形，這種變形以彈性波的形式傳播，這就是電磁波彈性波的形式傳播，這就是電磁波。并且

2、進一步認為以太就是人們一直在尋找的絕對并且進一步認為以太就是人們一直在尋找的絕對靜止參考系，只有在這個參考系中光速才是與方向靜止參考系，只有在這個參考系中光速才是與方向無關的恒量。無關的恒量。1 1、以太理論的提出、以太理論的提出4 42 2 狹義相對論產生的實驗基礎和歷史條件狹義相對論產生的實驗基礎和歷史條件第第4 4章章 相對論相對論22 2、光速的困惑、光速的困惑 狹義相對論建立以前，人們認為任何速度的疊加都滿足狹義相對論建立以前，人們認為任何速度的疊加都滿足伽里略變換。但在光速領域里卻碰到了困難。伽里略變換。但在光速領域里卻碰到了困難。cuvcuvuu 如前所說，以太就是絕對空間。以太

3、中電磁波沿各方向傳如前所說，以太就是絕對空間。以太中電磁波沿各方向傳播的速度都等于恒量播的速度都等于恒量c。但在相對以太運動的慣性系中，按伽。但在相對以太運動的慣性系中，按伽利略變換，電磁波沿各方向傳播的速度并利略變換，電磁波沿各方向傳播的速度并不等于不等于恒量恒量c，如下，如下圖中相對于光源運動的小車上所測得的光速。圖中相對于光源運動的小車上所測得的光速。4 42 2 狹義相對論產生的實驗基礎和歷史條件狹義相對論產生的實驗基礎和歷史條件第第4 4章章 相對論相對論33 3、邁克耳孫、邁克耳孫莫雷的實驗分析莫雷的實驗分析（1 1）使干涉儀的）使干涉儀的臂沿著地球軌道運動速臂沿著地球軌道運動速度

4、度u方向。地球相對以太方向。地球相對以太速度為速度為u，從，從G1 1到到 M1 1光光束的速度為束的速度為v=c-u；從；從M1 1到到G1 1光束的速度為光束的速度為v=c+u。故光從故光從G1 1點經點經M1 1返回的返回的時間為時間為t1 1面面光光源源M1M1/212/1/uv= =c c- -uv= =c c+ +uM2G2G11111222lll ctcucucu4 42 2 狹義相對論產生的實驗基礎和歷史條件狹義相對論產生的實驗基礎和歷史條件第第4 4章章 相對論相對論4(2) (2) 設光束從設光束從G1 1經經M2 2反射反射回回G1 1共需時間為共需時間為t2 2 222

5、22uclt 22ucV光相對地面光相對地面的速度為的速度為V,V,根據經典相根據經典相對速度公式對速度公式uV cuv= =c c- -uM2G12lv= =c c+ +uG21l4 42 2 狹義相對論產生的實驗基礎和歷史條件狹義相對論產生的實驗基礎和歷史條件第第4 4章章 相對論相對論512122221 ( )1 ( )lltttucucc 轉動轉動9090 ，時間差為，時間差為12122221 ( )1 ( )lltttucucc 12222()111 ( )1 ( )lltttucucc 干涉儀轉動前后，光通過兩臂干涉儀轉動前后，光通過兩臂時間差時間差的改變量為：的改變量為：4 42

6、 2 狹義相對論產生的實驗基礎和歷史條件狹義相對論產生的實驗基礎和歷史條件第第4 4章章 相對論相對論6 考慮考慮 u/c u/c 是小量，利用近似公式是小量，利用近似公式211,( )1uc 11121 212()( )llutcc應有干涉條紋移動的數目應有干涉條紋移動的數目212()( )llc tuNc12lll若取，則22( )l uNc4 42 2 狹義相對論產生的實驗基礎和歷史條件狹義相對論產生的實驗基礎和歷史條件第第4 4章章 相對論相對論7 有一部分人不相信實驗的真實性，繼續(xù)改進實驗有一部分人不相信實驗的真實性，繼續(xù)改進實驗設備做實驗。而且春天做了夏天做，秋天做了冬天設備做實驗

7、。而且春天做了夏天做，秋天做了冬天做；平地做了高山做做；平地做了高山做實驗精度越來越高，能做實實驗精度越來越高，能做實驗的人越來越多，乃至幾乎每個大學都能做，但結驗的人越來越多，乃至幾乎每個大學都能做，但結果仍然一樣，地球上的光速與地球速度無關。果仍然一樣，地球上的光速與地球速度無關。 洛侖茲等人提出，可能是地球拖著洛侖茲等人提出，可能是地球拖著“以太以太”一道一道運動，地球與以太之間沒有相對運動了，當然測不運動，地球與以太之間沒有相對運動了，當然測不出速度的差別，但是這一想法又被天文上的出速度的差別，但是這一想法又被天文上的“光行光行差實驗差實驗”所否定。所否定?！肮庑胁顚嶒灩庑胁顚嶒灐狈穸?/p>

8、地球拖著否定地球拖著“以太以太”運動。運動。4 42 2 狹義相對論產生的實驗基礎和歷史條件狹義相對論產生的實驗基礎和歷史條件第第4 4章章 相對論相對論8 還有不少解釋還有不少解釋.但總有矛盾的地方。這樣一來但總有矛盾的地方。這樣一來物理學面臨著一場危機，對于經典物理的大廈，人們物理學面臨著一場危機，對于經典物理的大廈，人們想扶起東墻卻倒了西墻，想扶起西墻卻倒了東墻。想扶起東墻卻倒了西墻，想扶起西墻卻倒了東墻。 愛因斯坦愛因斯坦則拋棄以太（即否定絕對靜止參考系則拋棄以太（即否定絕對靜止參考系的存在），建立相對論，并提出了全新的時、空觀。的存在），建立相對論，并提出了全新的時、空觀。 為什么會產生這樣的現象呢？因為人們受著傳統(tǒng)為什么會產生這樣的現象呢？因為人們受著傳統(tǒng)思想的束縛，思想的束縛，仍抱著牛頓的時空觀不放。抱著伽利略仍抱著牛頓的時空觀不放。抱著伽利略坐標變換不放。坐標變換不放。在這種情況下就看誰能沖破傳統(tǒng)思想在這種情況下就看誰能沖破傳統(tǒng)思想的束縛，就能在大量的實驗事實面前創(chuàng)建新的理論。的束縛，就能在大量的實驗事實面前創(chuàng)建新的理論。