狭义相对论产生的实验基础和历史条件

1、4 42 2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件狭义相对论产生的实验基础和历史条件第第4 4章章 相对论相对论1 1919世纪中期麦克斯韦建立的电磁场理论指出光世纪中期麦克斯韦建立的电磁场理论指出光是电磁波，并提出光是在以太中传播的假说。是电磁波，并提出光是在以太中传播的假说。 以太假说的主要内容是以太假说的主要内容是：以太是传播包括光波以太是传播包括光波在内的电磁波的弹性媒质，它充満整个宇宙空间。在内的电磁波的弹性媒质，它充満整个宇宙空间。以太中带电粒子振动会引起以太变形，这种变形以以太中带电粒子振动会引起以太变形，这种变形以弹性波的形式传播，这就是电磁波弹性波的形式传播，这就是电磁波。并且

2、进一步认为以太就是人们一直在寻找的绝对并且进一步认为以太就是人们一直在寻找的绝对静止参考系，只有在这个参考系中光速才是与方向静止参考系，只有在这个参考系中光速才是与方向无关的恒量。无关的恒量。1 1、以太理论的提出、以太理论的提出4 42 2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件狭义相对论产生的实验基础和历史条件第第4 4章章 相对论相对论22 2、光速的困惑、光速的困惑 狭义相对论建立以前，人们认为任何速度的叠加都满足狭义相对论建立以前，人们认为任何速度的叠加都满足伽里略变换。但在光速领域里却碰到了困难。伽里略变换。但在光速领域里却碰到了困难。cuvcuvuu 如前所说，以太就是绝对空间。以太

3、中电磁波沿各方向传如前所说，以太就是绝对空间。以太中电磁波沿各方向传播的速度都等于恒量播的速度都等于恒量c。但在相对以太运动的惯性系中，按伽。但在相对以太运动的惯性系中，按伽利略变换，电磁波沿各方向传播的速度并利略变换，电磁波沿各方向传播的速度并不等于不等于恒量恒量c，如下，如下图中相对于光源运动的小车上所测得的光速。图中相对于光源运动的小车上所测得的光速。4 42 2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件狭义相对论产生的实验基础和历史条件第第4 4章章 相对论相对论33 3、迈克耳孙、迈克耳孙莫雷的实验分析莫雷的实验分析（1 1）使干涉仪的）使干涉仪的臂沿着地球轨道运动速臂沿着地球轨道运动速度

4、度u方向。地球相对以太方向。地球相对以太速度为速度为u，从，从G1 1到到 M1 1光光束的速度为束的速度为v=c-u；从；从M1 1到到G1 1光束的速度为光束的速度为v=c+u。故光从故光从G1 1点经点经M1 1返回的返回的时间为时间为t1 1面面光光源源M1M1/212/1/uv= =c c- -uv= =c c+ +uM2G2G11111222lll ctcucucu4 42 2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件狭义相对论产生的实验基础和历史条件第第4 4章章 相对论相对论4(2) (2) 设光束从设光束从G1 1经经M2 2反射反射回回G1 1共需时间为共需时间为t2 2 222

5、22uclt 22ucV光相对地面光相对地面的速度为的速度为V,V,根据经典相根据经典相对速度公式对速度公式uV cuv= =c c- -uM2G12lv= =c c+ +uG21l4 42 2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件狭义相对论产生的实验基础和历史条件第第4 4章章 相对论相对论512122221 ( )1 ( )lltttucucc 转动转动9090 ，时间差为，时间差为12122221 ( )1 ( )lltttucucc 12222()111 ( )1 ( )lltttucucc 干涉仪转动前后，光通过两臂干涉仪转动前后，光通过两臂时间差时间差的改变量为：的改变量为：4 42

6、 2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件狭义相对论产生的实验基础和历史条件第第4 4章章 相对论相对论6 考虑考虑 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应有干涉条纹移动的数目应有干涉条纹移动的数目212()( )llc tuNc12lll若取，则22( )l uNc4 42 2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件狭义相对论产生的实验基础和历史条件第第4 4章章 相对论相对论7 有一部分人不相信实验的真实性，继续改进实验有一部分人不相信实验的真实性，继续改进实验设备做实验。而且春天做了夏天做，秋天做了冬天设备做实验

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；平地做了高山做实验精度越来越高，能做实实验精度越来越高，能做实验的人越来越多，乃至几乎每个大学都能做，但结验的人越来越多，乃至几乎每个大学都能做，但结果仍然一样，地球上的光速与地球速度无关。果仍然一样，地球上的光速与地球速度无关。 洛仑兹等人提出，可能是地球拖着洛仑兹等人提出，可能是地球拖着“以太以太”一道一道运动，地球与以太之间没有相对运动了，当然测不运动，地球与以太之间没有相对运动了，当然测不出速度的差别，但是这一想法又被天文上的出速度的差别，但是这一想法又被天文上的“光行光行差实验差实验”所否定。所否定。“光行差实验光行差实验”否定

8、地球拖着否定地球拖着“以太以太”运动。运动。4 42 2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件狭义相对论产生的实验基础和历史条件第第4 4章章 相对论相对论8 还有不少解释还有不少解释.但总有矛盾的地方。这样一来但总有矛盾的地方。这样一来物理学面临着一场危机，对于经典物理的大厦，人们物理学面临着一场危机，对于经典物理的大厦，人们想扶起东墙却倒了西墙，想扶起西墙却倒了东墙。想扶起东墙却倒了西墙，想扶起西墙却倒了东墙。 爱因斯坦爱因斯坦则抛弃以太（即否定绝对静止参考系则抛弃以太（即否定绝对静止参考系的存在），建立相对论，并提出了全新的时、空观。的存在），建立相对论，并提出了全新的时、空观。 为什么会产生这样的现象呢？因为人们受着传统为什么会产生这样的现象呢？因为人们受着传统思想的束缚，思想的束缚，仍抱着牛顿的时空观不放。抱着伽利略仍抱着牛顿的时空观不放。抱着伽利略坐标变换不放。坐标变换不放。在这种情况下就看谁能冲破传统思想在这种情况下就看谁能冲破传