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第一節(jié) 相對論的誕生,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(fā)展起了巨大的推動作用，同時自身也得到了很大發(fā)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(fā)現(xiàn)牛頓力學在這些領域不再適用。物理學的發(fā)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,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(guī)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。,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(xiàn)象時，發(fā)現(xiàn)在電磁現(xiàn)象的規(guī)律不符合相對性原理,其中最典型的就是光速的問題,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．,,,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(xiàn)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＝,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性原理.,任何參照系中測得的光在真空的速率都應該是這一數(shù)值,當時人們?yōu)榱私鉀Q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。,二、相對性原理與電磁規(guī)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,上述的矛盾使物理學家面臨兩個選擇，一是修正現(xiàn)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(chuàng)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：,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(guī)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,對兩個基本原理的正確理解,①自然規(guī)律不僅包括力學規(guī)律，還包括電磁學規(guī)律等其他所有的物理學規(guī)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。,小 結,一、伽利略相對性原理 力學規(guī)律在任何慣性系中都是相同的 二、相對性原理與電磁規(guī)律發(fā)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(guī)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。,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(guī)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(xù)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。,