151相對論的誕生1-展示頁
2024-11-29 20:52本頁面
【正文】 為了維護(hù)以太理論，一些科學(xué)家又提出了各種不同的假設(shè)來解釋邁克耳遜 莫雷實驗的零結(jié)果。 2. 但是正是這個實驗提醒人們必須重新審查被視為 “ 神圣 ” 的經(jīng)典物理學(xué)的根基。或者， 3. 根本沒有以太這種東西，但是光的波動說理論和麥克斯韋電磁理論都是建立在以太基礎(chǔ)之上的。 對零結(jié)果的可能解釋 1. 以太隨著地球一起運動，但這將使以太變得毫無意義。 2. 實驗無法觀察到預(yù)期的 。 無法觀察到預(yù)期結(jié)果 1. 為了保證精確，邁克耳遜和莫雷把實驗儀器浮在水銀上面，當(dāng)儀器緩慢轉(zhuǎn)動時連續(xù)讀數(shù)。以太風(fēng)，也就是地球繞太陽的軌道速度每秒 30公里，那么 n約等于 。 2. 設(shè) λ為實驗所用光的波長，那么光程差的改變相應(yīng)于條紋移動數(shù) n為 2lv2/(λc2)。相應(yīng)的光程差為 Lv2/c2。 光程差 1. 假設(shè)實驗室坐標(biāo)系存在沿 C到 A速度為 v的以太風(fēng)，那么相對實驗室的光速，從 A到 C為 cv，從 C到 A為 c+v， 2. 在 AB和 BA方向光速為 (c2v2)1/2。 零結(jié)果 幾年后他又與一名化學(xué)教授莫雷（ 18381923）合作，以更高的精度重復(fù)了這個實驗， 1887年他們公布實驗結(jié)果，仍然沒有發(fā)現(xiàn)地球相對于以太的運動。 邁克耳遜 邁克耳遜（ A． A． Michelson，18521931）看到公開發(fā)表的麥克斯韋的信之后，嘗試去做這個實驗。 2. 以太如此重要，需要做個實驗證明它的存在。 尋找以太 1. 1861年麥克斯韋把光看成是一種以波的形式通過以太傳播的電磁擾動。 波動說把光解釋成為由以太傳遞的橫向振動，解釋了大部分光學(xué)現(xiàn)象。第一節(jié)：相對論的誕生 一． 相對論產(chǎn)生的科學(xué)背景 1.“ 以太風(fēng)”測定的零結(jié)果 二． 愛因斯坦生平及主要貢獻(xiàn) 1. 生平 2. 主要科學(xué)貢獻(xiàn) 三． 狹義相對論 2. 時空觀的變革 3. 狹義相對論的局限性 四． 廣義相對論及其驗證 1. 廣義相對論的提出 2. 驗證廣義相對論的三大效應(yīng) ? 愛因斯坦 本節(jié)教學(xué)目的和要求 1. 了解相對論產(chǎn)生的科學(xué)背景； 2. 了解愛因斯坦的主要科學(xué)貢獻(xiàn)與思想方法； 3. 掌握狹義相對論和廣義相對論的基本原理及其主要結(jié)論； 4. 深刻理解相對論時空觀的科學(xué)與哲學(xué)意義。 一、相對論產(chǎn)生的科學(xué)背景 1. “以太風(fēng) ” 測定的零結(jié)果 17世紀(jì)到 19世紀(jì)末，科學(xué)家們?yōu)榱藢ふ乙环N力學(xué)模型來解釋光學(xué)現(xiàn)象，由此而發(fā)展起來一套以太理論。 某些以以太為基礎(chǔ)構(gòu)造的理論看上去還得到了實驗的證實。以太理論達(dá)到頂峰。 3. 1879年麥克斯韋在致美國天文年鑒局托德的一封信中，提出了測定太陽系相對于傳播光的以太的運動速度的一個方案。 邁克耳遜先單獨做了一個實驗來測量地球穿過以太的效應(yīng)，1881年他發(fā)表結(jié)果說沒有發(fā)現(xiàn)地球相對于以太的可以檢測的運動。 實驗的思想基礎(chǔ) 在以太這個參考系中光速是均勻的，所以通過測量不同方向上光的視速度，比較它們的差異，就可以確定地球相對于以太的速度。 3. 如果 AB=AC=L， 那么光在 AB、 AC間往返所需的時間分別為： 4. t1=2L/(c(1v2/c2)1/2)和 t2=t1/(1v2/c2)1/2 5. 兩者之差 △ t， 忽略高階小項后 ， 為 Lv2/c3。 條紋移動數(shù) 1. 實驗儀器轉(zhuǎn)動 90度，使得以太風(fēng)從 A到 B，于是光程差為 lv2/c2，轉(zhuǎn)動前后的總變化為 2lv2/c2。 3. 邁克耳遜 莫雷的實驗長度為 11米，波長等于 107米。 4. 。他們發(fā)現(xiàn)最大的位移不超過 1%個條紋。 3. 他們還在一天的不同時間和相隔六個月后重復(fù)做這個實驗，均未發(fā)現(xiàn)任何條紋移動?；蛘?， 2. 地球相當(dāng)于以太靜止，但這幾乎是要倒退到中世紀(jì)以前的地心宇宙說。 “ 大失敗” 1. 邁克耳遜他們?nèi)鐚嵉貓蟮懒怂麄兊膶嶒灲Y(jié)果，但他沒有意識到他所做的實驗給出的結(jié)果所具有的重大意義，他稱他的實驗是一次沒有給出預(yù)期結(jié)果的大失敗。 3. 邁克耳遜為此而獲得 1907年的諾貝爾物理學(xué)獎，他也是獲得此獎的第一位美國人。 其中最著名的就是菲茲杰拉德和洛倫茲的假說。他認(rèn)為地球穿過以太運動，一切物體都要在運動方向上產(chǎn)生一定比例的收縮，既 (1v2/c2)1/2的比例收縮（ v為物體與以太的相對速度， c為光速）。 2. 按照這種解釋，干涉儀在地球真正的運動方向上總要縮短一些，其縮短的長度正好補償了光所經(jīng)過的路程的差異。 荷蘭物理學(xué)家洛倫茲（ Hendrik
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