2、狭义相对论对于哲学发展的影响

2、狭义相对论对于哲学发展的影响
2、狭义相对论对于哲学发展的影响

2、狭义相对论对于哲学发展的影响

Einstein不仅是一位伟大的科学家,也是一位伟大的哲学探索者,他为后人留下了卷帙浩繁的科学著作和哲学社会学著作,将以伟大的物理学家和当代著名的哲学家而载入史册。赖兴巴赫说:“爱因斯坦的工作比许多哲学家的体系包含着更多的固有哲学。”爱因斯坦认为,现代哲学的基本原理组成了我们所有人生活的世界,这些原理是活生生的,是经过千百年实践检验证明的。爱因斯坦是一个奇迹,他的贡献极大地促进了人类的文明进步。在当今之世,他已经成为人类智慧的化身和道德的典范。他的业绩远远超出诺贝尔奖所给予的标志。未来的时代愈久远,现在与之比肩的名人将逐渐被人淡忘,而爱因斯坦必将越来越成为后世敬仰的楷模。普朗克讲:“要对爱因斯坦的理论作出中肯评价的话,那么可以把他比做20世纪的哥白尼,这也正是我所期望的评价。”

爱因斯坦认为,哲学是科学研究之母,科学生发新的哲学思想,科学和哲学二者在他身上可谓珠联璧合、相得益彰。在常规科学时期,科学家是在范式的指导下解难题的,哲学表面看来对科学似乎不起什么作用,岂不知,哲学成分早已包含在范式之内了。但是当科学面临危机和革命时,科学家单在科学自身之内是找不到足够的破旧立新的思想武器的,他们只好求助哲学批判和哲学分析。而且这样的任务也只能由有哲学头脑的科学家来担当,因为他们“最清楚鞋子究竟是在哪里夹脚的”,富有科学功力和哲学素养的科学家便顺天应时地成为科学革新家。在创立狭义相对论的过程中,科学和哲学在爱因斯坦的思想中是水乳交融、彼此砥砺、相辅相成的。

爱因斯坦“博观而约取,厚积而薄发”。他善于博采众家之长,又不墨守成规或拘泥于一家之言,他既从专业哲学家斯宾诺莎、莱布尼兹、康德、休谟等人那里汲取了丰富的思想营养,又从哲人科学家开普勒、伽利略、牛顿、安培、亥姆霍兹、黎曼、普朗克、马赫、彭加勒、奥斯特瓦尔德、迪昂、皮尔逊等人之处获得了有益的启迪,加之他善于结合科学实践进行思考和创造,从而形成了他的综合实在论思想。这种实在论既在各种不同的乃至对立的哲学流派之间保持了必要的张力,又在传统和革新之间保持了必要的张力,因而成为一种卓有成效的科学研究纲领。霍耳顿教授在60年代末发表的一篇著名论文《马赫、爱因斯坦和对实在的探索》中这样写道:“在我们这个世纪的思想史中,有一章可以题为‘阿尔伯特?爱因斯坦的哲学历程,这是一段从以感觉论和经验论为中心的科学哲学,到以理性论的实在论为基础的哲学历程。”把爱因斯坦科学哲学概括为由温和经验论、基础约定论、意义整体论、科学理性论、纲领实在论构成的独特而绝妙的多元张力哲学,在这个兼容并蓄、和谐共存的哲学统一体中,五种不同的乃至异质的要素相互限定、彼此补充,保持着恰到好处的“必要

的张力”。

爱因斯坦从小就对哲学怀有浓厚的兴趣,他的科学哲学的思想来源十分丰富。这里既有从古希腊到近代的哲学大家,也有从开普勒到普朗克的诸多哲人科学家,以及他与逻辑经验论的风云人物的交流和对话,尤其是以马赫、彭加勒、迪昂、奥斯特瓦尔德、皮尔逊为代表的批判学派对爱因斯坦科学哲学思想的形成影响极大。但是爱因斯坦并没有墨守成规,而是在汲取批判学派思想营养的同时,结合自己的科学实践和哲学思考,对它们进行了改造和发展,从而成为批判学派科学哲学思想的集大成者和发扬光大者。Einstein在进行着基本概念的批判分析工作时,也就是在进行着哲学思考。他认为他在物理学基本概念上的发现是哲学的发现,这些发现决定了他的所有物理学成果。爱因斯坦曾经说过“与其说我是物理学家,不如说我是哲学家”。

各个时代的哲学大家都是爱因斯坦的思想沃土,其中包括古希腊的先哲,近代哲学大师如笛卡儿、莱布尼兹、斯宾诺莎、洛克等,以及爱因斯坦的同胞先辈叔本华和尼采,爱因斯坦也崇尚中国先哲孔子。在批判学派表人物马赫、彭加勒、迪昂、奥斯特瓦德、皮尔逊的科学哲学名著中,爱因斯坦科学哲学的诸多构成要素都能在其中窥见到蛛丝马迹乃至明显烙印。在爱因斯坦与逻辑经验论者石里克等以及哥本哈根学派的交流和交锋中,尤其是它在爱因斯坦对自己的科学探索过程和科学成果的哲学反思中。

寻求一个明确体系的认识论者,一旦他要力求贯彻这样的体系,他就会倾向于按照他的体系的意义来解释科学的思想内容,同时排斥那些不适合于他的体系的东西。然而,科学家对认识论体系的追求却没有可能走得那么远。他感激地接受认识论的概念分析;但是,经验事实给他规定的外部条件,不容许他在构造他的概念世界时过分拘泥于一种认识论体系。因而,从一个有体系的认识论者看来,他必定象一个肆无忌惮的机会主义者:就他力求描述一个独立于知觉作用以外的世界而论,他象一个实在论者。就他把概念和理论看成是人的精神的自由发明(不能从经验所给的东西中逻辑地推导出来)而论,他象一个唯心论者;就他认为他的概念和理论只有在它们对感觉经验之间的关系提供出逻辑表示的限度内才能站得住脚而论,他象一个实证论者;就他认为逻辑简单性的观点是他的研究工作所不可缺少的一个有效工具而论,他甚至还可以象一个柏拉图主义者或者毕达哥拉斯主义者。

爱因斯坦创建的相对论在物理学上起到了无法比拟的作用,它从逻辑思想上统一了物理学,使物理学建立在经过严格的科学考察过的时空理论的基础之上。许多物理概念都是经过相对论改造过的。爱因斯坦的相对论不仅改变了物理学,而且对哲学也产生了重大的影响。

1905年,爱因斯坦的狭义相对论宣判了机械自然观的死刑,这是自然科学史上的一次大变革,也是辩证法在物理学基础中的胜利。它把牛顿经典运动定律中所说的那种关于时间和运动的形而上学的机械观点提高到辩证法的高度。牛顿定律是速度远远小于光速的极限定律。牛顿的形而上学观点方法,尽管是当时所公认的定律,但是由于物理学的发展,碰到了无法逾越的鸿沟。爱因斯坦运用辩证思维的冲击力量摧毁这些障碍,并为物理学的进一步发展开辟了道路。在爱因斯坦以前,虽然有其他一些研究家确实已经采用形式数学的方法解决了运动物体的电动力学问题,然而爱因斯坦的功绩仍是不可低估的。

普朗克在一次演讲中说:爱因斯坦时空观的“勇敢精神的确超乎自然科学研究和哲学认识论上至今所取得的一切大胆成果”。

在科学上时空观是指对时间和空间物理性质的认识;在哲学上,是指对时间和空间的系统认识,即从根本上进行的思辨。狭义相对论理论由爱因斯坦提出,不是一种巧合,而是一种必然。爱因斯坦站在前人的肩膀上,通过对科学的研究和对哲学的探讨,经过10 年的沉思,才有了此灵感,才创立这个伟大的时空理论。

在人类的科学和认识史上,从亚里士多德到牛顿、爱因斯坦,我们可以看到他们的时空观都是不同的。亚里士多德的时空观是基于柏拉图的哲学思辨。同样,从牛顿时空观到爱因斯坦时空观变化及其过程中,马赫对爱因斯坦的哲学思辨起到了奠基的作用。马赫认为:“在现代物理学中保持着牛顿绝对空间和时间的观点在我们看来是毫无意义的。”爱因斯坦摆脱人类以往关于时间与空间性质的种种不正确认识的思想基础,正是得益于马赫对牛顿时空观的批判,以及对绝对时空观的批判所提供的哲学武器,才使得爱因斯坦从狭义相对论的困惑中得以解脱,从一个完全新颖的方向来考虑时空观:绝对空间与绝对时间的概念是想象中的虚构,一种形而上学的概念,而不是直接由物理学的观察和实验得来的。

科学史家杰拉耳德霍耳顿认为:相对论不但对于物理学本身,而且对于现代科学的哲学也是一种关键性的进展。(见许良英编,第17页)这样一种新时空概念及其所形成的对自然的新时空观,并不容易被理解和接受。同时,这种时空概念与哲学上传统的时空观表现出有限性和无限性、直观性和非直观性上的冲突,有限与无限、有界与无界的辩证关系再次进入人们的思考中,这进一步增加了对其理解的难度。所以,无论是在物理学上还是哲学上,接受相对论的时空概念都不是一件轻而易举的事情。

狭义相对论的基本原理

基础知识 1.下列说法中正确的是( ) A电和磁在以太这种介质中传播 B相对不同的参考系,光的传播速度不同 C.牛顿定律仅在惯性系中才能成立 D.时间会因相对速度的不同而改变 2.爱因斯坦相对论的提出,是物理学思想的一场重大革命,他( ) A.否定了xx的力学原理 B.提示了时间、空间并非绝对不变的属性 C.认为时间和空间是绝对不变的 D.承认了“以太”是参与电磁波传播的重要介质 3.爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设: (1)爱因斯坦的相对性原理: _______________. (2)光速不变原理: ___________________. 4.下列哪些说法符合狭义相对论的假设( ) A在不同的惯性系中,一切力学规律都是相同的 B.在不同的惯性系中,一切物理规律都是相同的 C.在不同的惯性系中,真空中的光速都是相同的

D.在不同的惯性系中,真空中的光速都是不同的 5.在一惯性系中观测,两个事件同时不同地,则在其他惯性系中观测,它们( ) A.一定同时 B.可能同时 C.不可能同时,但可能同地 D.不可能同时,也不可能同地 6.假设有一列很长的火车沿平直轨道飞快匀速前进,车厢中央有一个光源发出了一个闪光,闪光照到了车厢的前后壁,根据狭义相对论原理,下列说法中正确的是( ) A地面上的人认为闪光是同时到达两壁的 B车厢里的人认为闪光是同时到达两壁的 C.地面上的人认为闪光先到达前壁 D.车厢里的人认为闪光先到达前壁 能力测试 7.关于牛顿力学的适用范围,下列说法正确的是( )

A.适用于宏观物体 B.适用于微观物体 C.适用于高速运动的物体 D.适用于低速运动的物体 8.下列说法中正确的是( ) A.相对性原理能简单而自然的解释电磁学的问题 B.在真空中,若物体以速度v背离光源运动,则光相对物体的速度为c-v C在真空中,若光源向着观察者以速度v运动,则光相对于观察者的速度为c+v D.迈xx一xx实验得出的结果是: 不论光源与观察者做怎样的相对运动,光速都是一样的 9.地面上的 A、B两个事件同时发生,对于坐在火箭中沿两个事件发生地点连线,从A 到B方向飞行的人来说哪个事件先发生( ) A.两个事件同时发生 B.A事件先发生 C.B事件先发生 D.无法判断 10.关于电磁波,下列说法正确的是( )

狭义相对论_完整版_

《大学物理》作业 No.6 狭义相对论 班级 ________ 学号 _________ 姓名 _________ 成绩 _______ 一、选择题 1.按照狭义相对论的时空观,判断下列叙述中正确的是: [ ] (A ) 在一个惯性系中,两个同时的事件,在另一个惯性系中一定是同时事件 (B ) 在一个惯性系中,两个同时的事件,在另一个惯性系中一定是不同时事件 (C ) 在一个惯性系中,两个同时同地的事件,在另一个惯性系中一定是同时同地事件 (D )在一个惯性系中,两个同时不同地的事件,在另一个惯性系中只可能同时不同地 (E )在一个惯性系中,两个同时不同地的事件,在另一个惯性系中只可能同地不同时 2.在狭义相对论中,下列说法正确的是 [ ] ① 一切运动物体相对于观测者的速度都不能大于真空中的光速 ② 长度、质量、时间的测量结果都是随物体与观测者的相对运动状态而改变的 ③ 在一个相对静止的参考系中测得两事件的时间间隔是固有时 ④ 惯性系中的观测者观测一只与他做相对匀速直线运动的时钟时,会发现这只钟比与他静止的相同的钟走得慢些。 (A )① ③ ④(B )① ② ④(C )① ② ③(D )② ③ ④ 3. 在某地发生两件事,静止位于该地的甲测得时间间隔为4 s ,若相对于甲作匀速直线 运动的乙测得时间间隔为5 s ,则乙相对于甲的运动速度是(c 表示真空中光速) [ ] (A) (4/5) c . (B) (3/5) c . (C) (2/5) c . (D) (1/5) c . 4. 有一直尺固定在K ′系中,它与Ox ′轴的夹角θ′=45°,如果K ′系以匀速度沿Ox 正方向相对于K 系运动,K 系中观察者测得该尺与Ox 轴的夹角 (A) 大于45° (B) 小于45° (C) 等于45° (D) 无法确定 [ ] *5. 一火箭的固有长度为L ,相对于地面作匀速直线运动的速度为v 1,火箭上有一个人从火箭的后端向火箭前端上的一个靶子发射一颗相对于火箭的速度为v 2的子弹. 在火箭参考系中测得子弹从射出到击中靶的时间间隔是: [ B ] 在地面参考系中测得子弹从射出到击中靶的时间间隔是:(c 表示真空中光速) [ C ] (A) 21v v +L . (B) 2v L (C) 21212)/v (1c v c L v L -+ . (D) 222) /v (1v c L - .

2、狭义相对论对于哲学发展的影响

2、狭义相对论对于哲学发展的影响 Einstein不仅是一位伟大的科学家,也是一位伟大的哲学探索者,他为后人留下了卷帙浩繁的科学著作和哲学社会学著作,将以伟大的物理学家和当代著名的哲学家而载入史册。赖兴巴赫说:“爱因斯坦的工作比许多哲学家的体系包含着更多的固有哲学。”爱因斯坦认为,现代哲学的基本原理组成了我们所有人生活的世界,这些原理是活生生的,是经过千百年实践检验证明的。爱因斯坦是一个奇迹,他的贡献极大地促进了人类的文明进步。在当今之世,他已经成为人类智慧的化身和道德的典范。他的业绩远远超出诺贝尔奖所给予的标志。未来的时代愈久远,现在与之比肩的名人将逐渐被人淡忘,而爱因斯坦必将越来越成为后世敬仰的楷模。普朗克讲:“要对爱因斯坦的理论作出中肯评价的话,那么可以把他比做20世纪的哥白尼,这也正是我所期望的评价。” 爱因斯坦认为,哲学是科学研究之母,科学生发新的哲学思想,科学和哲学二者在他身上可谓珠联璧合、相得益彰。在常规科学时期,科学家是在范式的指导下解难题的,哲学表面看来对科学似乎不起什么作用,岂不知,哲学成分早已包含在范式之内了。但是当科学面临危机和革命时,科学家单在科学自身之内是找不到足够的破旧立新的思想武器的,他们只好求助哲学批判和哲学分析。而且这样的任务也只能由有哲学头脑的科学家来担当,因为他们“最清楚鞋子究竟是在哪里夹脚的”,富有科学功力和哲学素养的科学家便顺天应时地成为科学革新家。在创立狭义相对论的过程中,科学和哲学在爱因斯坦的思想中是水乳交融、彼此砥砺、相辅相成的。 爱因斯坦“博观而约取,厚积而薄发”。他善于博采众家之长,又不墨守成规或拘泥于一家之言,他既从专业哲学家斯宾诺莎、莱布尼兹、康德、休谟等人那里汲取了丰富的思想营养,又从哲人科学家开普勒、伽利略、牛顿、安培、亥姆霍兹、黎曼、普朗克、马赫、彭加勒、奥斯特瓦尔德、迪昂、皮尔逊等人之处获得了有益的启迪,加之他善于结合科学实践进行思考和创造,从而形成了他的综合实在论思想。这种实在论既在各种不同的乃至对立的哲学流派之间保持了必要的张力,又在传统和革新之间保持了必要的张力,因而成为一种卓有成效的科学研究纲领。霍耳顿教授在60年代末发表的一篇著名论文《马赫、爱因斯坦和对实在的探索》中这样写道:“在我们这个世纪的思想史中,有一章可以题为‘阿尔伯特?爱因斯坦的哲学历程,这是一段从以感觉论和经验论为中心的科学哲学,到以理性论的实在论为基础的哲学历程。”把爱因斯坦科学哲学概括为由温和经验论、基础约定论、意义整体论、科学理性论、纲领实在论构成的独特而绝妙的多元张力哲学,在这个兼容并蓄、和谐共存的哲学统一体中,五种不同的乃至异质的要素相互限定、彼此补充,保持着恰到好处的“必要

狭义相对论的基本原理

第五章相对论 第一节狭义相对论的基本原理 基础知识 1.下列说法中正确的是( ) A电和磁在以太这种介质中传播 B相对不同的参考系,光的传播速度不同 C.牛顿定律仅在惯性系中才能成立 D.时间会因相对速度的不同而改变 2.爱因斯坦相对论的提出,是物理学思想的一场重大革命,他( ) A.否定了牛顿的力学原理 B.提示了时间、空间并非绝对不变的属性 C.认为时间和空间是绝对不变的 D.承认了“以太”是参与电磁波传播的重要介质 3.爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设: (1)爱因斯坦的相对性原理:_____________________________. (2)光速不变原理:_____________________________________. 4.下列哪些说法符合狭义相对论的假设( ) A在不同的惯性系中,一切力学规律都是相同的 B.在不同的惯性系中,一切物理规律都是相同的 C.在不同的惯性系中,真空中的光速都是相同的 D.在不同的惯性系中,真空中的光速都是不同的 5.在一惯性系中观测,两个事件同时不同地,则在其他惯性系中观测,它们( ) A.一定同时 B.可能同时 C.不可能同时,但可能同地 D.不可能同时,也不可能同地 6.假设有一列很长的火车沿平直轨道飞快匀速前进,车厢中央有一个光源发出了一个闪光,闪光照到了车厢的前后壁,根据狭义相对论原理,下列说法中正确的是( ) A地面上的人认为闪光是同时到达两壁的 B车厢里的人认为闪光是同时到达两壁的 C.地面上的人认为闪光先到达前壁 D.车厢里的人认为闪光先到达前壁 能力测试 7.关于牛顿力学的适用范围,下列说法正确的是( ) A.适用于宏观物体 B.适用于微观物体 C.适用于高速运动的物体 D.适用于低速运动的物体 8.下列说法中正确的是( ) A.相对性原理能简单而自然的解释电磁学的问题 B.在真空中,若物体以速度v背离光源运动,则光相对物体的速度为c-v C在真空中,若光源向着观察者以速度v运动,则光相对于观察者的速度为c+v D.迈克耳逊一莫雷实验得出的结果是:不论光源与观察者做怎样的相对运动,光速都是一样的 9.地面上的A、B两个事件同时发生,对于坐在火箭中沿两个事件发生地点连线,从A到B方向飞行的人来说哪个事件先发生( ) A.两个事件同时发生 B.A事件先发生 C.B事件先发生 D.无法判断 10.关于电磁波,下列说法正确的是( ) A.电磁波与机械波一样有衍射、干涉现象,所以它们没有本质的区别 B.在一个与光速方向相对运动速度为u的参考系中,电磁波的传播速度为c+u或c-u C电磁场是独立的实体,不依附在任何载体中 D.伽利略相对性原理包括电磁规律和一切其他物理规律 11.一列火车以速度v相对地面运动,如果地面上的人测得,某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁(如图5-1-1).那么按照火车上人的测量,闪光先到达前壁还是后壁?火车上的人怎样解释自己的测量结果? 12.如图5-1-2所示,在地面上M点,固定一光源,在离光源等距的A、B两点上固定有两个光接收器,今使光源发出一闪光,问 (1)在地面参考系中观察,谁先接收到光信号?

狭义相对论(答案)

第六章狭义相对论基础 六、基础训练 一.选择题 2、在某地发生两件事,静止位于该地的甲测得时间间隔为4 s,若相对于甲作匀速直线运动的乙测得时间间隔为5 s,则乙相对于甲的运动速度是(c表示真空中光速) (A) (4/5) c.(B) (3/5) c.(C) (2/5) c.(D) (1/5) c. 解答: [B]. 2 2 3 1 5 t v t v c c t ? ?? ?? ?=?=-?== ? ? ? ???? 3、K系与K'系是坐标轴相互平行的两个惯性系,K'系相对于K系沿Ox轴正方向匀速运动.一根刚性尺静止在K'系中,与O'x'轴成30°角.今在K系中观测得该尺与Ox轴成45°角,则K'系相对于K系的速度是: (A) (2/3)c.(B) (1/3)c.(C) (2/3)1/2c.(D) (1/3)1/2c. 解答:[C]. K'系中: 00 'cos30;'sin30 x y l l l l ?? == K 系中: 21 ''1 3 x x y y v l l l l v c ?? ===?-=?= ? ?? 二.填空题 8、(1) 在速度= v____________情况下粒子的动量等于非相对论动量的两倍.(2) 在速度= v____________情况下粒子的动能等于它的静止能量. 解答: [ 2 c ; 2 ]. (1) 00 22 2 p mv m v m m v ==?==?= (2) 222 000 22 k E mc m c m c m m v =-=?==?=

三.计算题 10、两只飞船相向运动,它们相对地面的速率是v.在飞船A中有一边长为a的正方形,飞船A 沿正方形的一条边飞行,问飞船B中的观察者测得该图形的周长是多少? 解答: 2 2222 2 222 ()22 ' ()1/ 1 '/224/() v v v vc u v v c c v v c u c C a ac c v β -- === -++ - ==+=+ ; 11、我国首个火星探测器“荧光一号”原计划于2009年10月6日至16日期间在位于哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射中心升空。此次“荧光一号”将飞行3.5×108km后进入火星轨道,预计用时将达到11个月。试估计“荧光一号”的平均速度是多少?假设飞行距离不变,若以后制造的“荧光九号”相对于地球的速度为v = 0.9c,按地球上的时钟计算要用多少时间?如以“荧光九号”上的时钟计算,所需时间又为多少? 解答: 8 3.510 12.3(/) 1130243600 x v km s t ?? === ???? 8 83 3.510 1296() 0.9 3.01010 x t s v- ?? ?=== ??? 565() t s ?=?== 13、要使电子的速度从v1 =1.2×108 m/s增加到v2 =2.4×108 m/s必须对它做多少功?(电子静止质量m e=9.11×10-31 kg) 解答: 22 12 ; E E == 214 21 4.7210() e A E E E m c J - =?=-==? 14、跨栏选手刘翔在地球上以12.88s时间跑完110m栏,在飞行速度为0.98c的同向飞行飞船中观察者观察,刘翔跑了多少时间?刘翔跑了多长距离? 解答: 2121 110()12.88() x x x m t t t s ?=-=?=-=

大学物理期中论文——浅谈狭义相对论

《大学物理》期中论文 ——浅谈狭义相对论 系别: 班级: 姓名: 学号:

【摘要】狭义相对论是由爱因斯坦在洛仑兹和庞加莱等人的工作基础上创立的时空理论,是对牛顿时空观的拓展和修正。爱因斯坦以光速不变原理出发,建立了新的时空观。进一步,闵科夫斯基为了狭义相对论提供了严格的数学基础,从而将该理论纳入到带有闵科夫斯基度量的四维空间之几何结构中。 【关键词】狭义相对论、时空观 一、历史背景 牛顿力学是狭义相对论在低速情况下的近似,伽利略变换与电磁学理论的不自洽。到19世纪末,以麦克斯韦方程组为核心的经典电磁理论的正确性已被大量实验所证实,但麦克斯韦方程狭义相对论基本原理组在经典力学的伽利略变换下不具有协变性,而经典力学中的相对性原理则要求一切物理规律在伽利略变换下都具有协变性。在这样的背景下,才有了狭义相对论。 二、狭义相对论基本思想 1.相对性原理:物理定律在所有惯性系中都具有相同的数学形式。 2.光速不变原理:真空中的光速是与惯性系无关的常数。 3.洛仑兹坐标变换(沿z轴方向): X=γ(x-ut) Y=y Z=z T=γ(t-ux/c^2) 4.速度变换: V(x)=(v(x)-u)/(1-v(x)u/c^2) V(y)=v(y)/(γ(1-v(x)u/c^2)) V(z)=v(z)/(γ(1-v(x)u/c^2)) 5.尺缩效应:△L=△l/γ或dL=dl/γ 6.钟慢效应:△t=γ△τ或dt=dτ/γ 7.光的多普勒效应: ν(a)=sqr((1-β)/(1+β))ν(b)(光源与探测器在一条直线上运动) 8.动量表达式:P=Mv=γmv,即M=γm 9.相对论力学基本方程:F=dP/dt 10.质能方程:E=Mc^2 11.能量动量关系:E^2=(E0)^2+P^2c^2 三、诞生与发展 19世纪末期物理学家汤姆逊在一次国际会议上讲到“物理学大厦已经建成,以后的工作仅仅是内部的装修和粉刷”。但是,他话锋一转又说:“大厦上空还漂浮着两朵‘乌云’,麦克尔逊-莫雷试验结果和黑体辐射的紫外灾难。”正是为了解决上述两问题,物理学发生了一场深刻的革命导致了相对论和量子力学的诞生。 早在电动力学麦克斯韦方程建立之日,人们就发现它没有涉及参照系问题。人们利用经典力学的时空理论讨论电动力学方程,发现在伽利略变换下麦克斯韦方程及其导出的方程(如亥姆霍兹,达朗贝尔等方程)在不同惯性系下形式不同,这一现象应当怎样解释?经过几十年的探索,在1905年终于由爱因斯坦创建了狭义相对论。相对论是一个时空理论,要理解狭义相对论时空理论先要了解经典时空理论的内容。 爱因斯坦于1922年12月有4日,在日本京都大学作的题为《我是怎样创立相对论的?》的演讲中,说明了他关于相对论想法的产生和发展过程。他说:“关

二维狭义相对论-黄鹏辉

二维狭义相对论 目 录 二维狭义相对论 (1) 1 一维狭义相对论 (1) 1.1 一维洛伦兹变换 (1) 1.2 一维狭义相对论速度变换 (2) 1.3 一维狭义相对论质量公式 (3) 1.4 一维狭义相对论应用于光子(X方向效应) (5) 1.4.1 一维速度变换应用于光子(X方向光行差效应) (5) 1.4.2 一维相对论质量公式应用于光子(X方向多普勒效应) (5) 1.5 一维狭义相对论应用于光子(Y方向效应) (7) 1.5.1 一维速度变换应用于光子(Y方向光行差效应) (7) 1.5.2 一维相对论质量公式应用于光子(Y方向多普勒效应) (7) 2 二维平面旋转相对论 (8) 3 二维狭义相对论 (9) 3.1 二维洛伦兹变换(几何法) (9) 3.2 二维洛伦兹变换(代数法) (12) 3.3 二维狭义相对论速度变换 (16) 3.4 二维狭义相对论质量公式 (17) 3.5 二维狭义相对论应用于光子 (19) 3.5.1 二维速度变换应用于光子(二维光行差效应) (19) 3.5.2 二维相对论质量公式应用于光子(二维多普勒效应) (20) 4 总结 (22)

二维狭义相对论 黄鹏辉 中国北京 QQ号和邮箱644537151@https://www.360docs.net/doc/0411966374.html,,QQ群69657010 摘要 在狭义相对论中,推导洛伦兹变换的一个基本假设是两个惯性参考系相互平行于X 轴方向运动,因此爱因斯坦的狭义相对论其实应该是一维狭义相对论。但是这个假设并不总是成立的,因为事实上大多数时候两个惯性参考系的相互运动方向可能都不是平行于X轴,而是与X轴之间有个角度。正如费曼所说:当然,其他运动方向也是可能的,但是最一般性的洛伦兹变换将是相当复杂的(Feynman: Of course other directions of motion are possible, but the most general Lorentz Transformation is rather complicated. [11])。本文在考虑了这种角度因素后,推导出了一套新的二维狭义相对论理论,并得到了一系列结论:二维洛伦兹变换、二维速度变换、二维光学多普勒效应等。这些结论可能将对狭义相对论理论和天文物理学带来深远影响。 1 一维狭义相对论 1.1 一维洛伦兹变换 洛伦兹变换是爱因斯坦狭义相对论的基础,它的推导包括如下几步: 1) 两个基本假设:相对性原理和光速不变原理[12][13]。 2) 假设两个惯性参考系I和I′彼此以相对速度v沿X轴做匀速直线运动。如图1所示。(本文所提到的参考系一律指惯性参考系)。 Y 参考系 I O O′ 图1 洛伦兹变换是在两个参考系I和I′中观察同一坐标点P 3) 在两个参考系中观察同一个点P:在参考系I中,P点坐标为(x, y, z, t);在参考系I′中,P点坐标为(x′, y′, z′, t′)。

狭义相对论的诞生和意义

狭义相对论的诞生和意义 姓名:王祚恩学号:1120100190 班级:01311002 【摘要】在科学史上,爱因斯坦创立相对论的过程艰辛而充满质疑,然而当我们真正认识和了解到相对论时,我们知道爱因斯坦为什么能够称之为伟大。几十年来的历史发展证明,狭义相对论大大推动了科学进程,成为现代物理学的基本理论之一。 【关键词】爱因斯坦,狭义相对论,意义 一.时代的召唤。 在世界科学史上,爱因斯坦所处的时代是一个呼唤巨人,也创造出了大批巨匠的时代。在伯尔尼专利局工作的岁月,是爱因斯坦在科学研究方面大丰收的几年。在这期间,他解决了布朗运动的问题,创立了光子论和狭义相对论。他的划时代的发现,表明对立统一规律不仅适用于人类社会,而且适用于自然界,是最普遍的规律,彻底改变了人们关于时间、空间、质量、能量等旧有的观念,为辩证唯物主义时空观的基本原理的正确性提供了最有利的科学依据,开始引起了科学界和思想界的普遍重视。 二.狭义相对论建立的历史背景。 一门新理论的诞生有其外在条件,也有其内在因素。就外在条件而言:18世纪欧洲工业革命兴起,经过一个多世纪,到19世纪末,工业生产、科学技术有了长足的进步。电力应用逐渐推广,内燃机、蒸汽机被采用,交通运输不断扩展……,所有这些对物理学的发展都有着直接的影响。生产的发展需要科学;反过来,生产的发展又进一步推动了科学的进步。相对论理论同其他任何一门科学理论一样,是生产水平和科学技术发展到一定阶段的必然产物。 牛顿力学是狭义相对论在低速情况下的近似。经典物理学经过近300年的发展,到19世纪末已经建立起比较完整的理论体系 到19世纪末,以麦克斯韦方程组为核心的经典电磁理论的正确性已被大量实验所证实,但麦克斯韦方程组在经典力学的伽利略变换下不具有协变性。而经典力学中的相对性原理则要求一切物理规律在伽利略变换下都具有协变性。在这样的背景下,才有了狭义相对论。 解开以太之谜,是爱因斯坦在相对论建立的道路上走出的第一步。其实,爱伊斯坦在对以太的长期思索中早就对以太的存在产生了怀疑。也就是在这些不断的怀疑中,爱因斯坦一步步的建立的属于自己的观点——狭义相对论,当然之后也被科学界认可。 三.狭义相对论的建立。 1905年,爱因斯坦在《论运动物体的电动力学》一文中正式提出了他的狭义相对论。他首先提出了两条假设: [1]相对性原理。在伽利略力学相对性原理的基础上,爱因斯坦提出一切惯性系对于描述物理现象来说都是等价的,物理定律对于一切惯性系都应采取相同的数学形式。 [2]光速不变原理。在迈克尔逊-莫雷的基础上,爱因斯坦提出,光在真空中的传播速度是c,与光源的运动状态无关。这就是说,在一切惯性系(都是匀速直线运动)中所测得

狭义相对论作业(2[1]..

一、选择题 [ A ]1 宇宙飞船相对于地面以速度v 作匀速直线飞行,某一时刻飞船头部的宇航员向飞船尾部发出一个光讯号,经过?t (飞船上的钟)时间后,被尾部的接收器收到,则由此可知飞船的固有长度为 (c 表示真空中光速) (A) c ·?t (B) v ·?t (C) 2 )/(1c t c v -?? (D) 2 )/(1c t c v -??? 注:飞船中的光速为c ,传播时间为?t ,所以飞船的固有长度为c ·?t [ B ]2 在某地发生两件事,静止位于该地的甲测得时间间隔为4 s ,若相对于甲 作匀速直线运动的乙测得时间间隔为5 s ,则乙相对于甲的运动速度是(c 表示真空中光速) (A) (4/5) c . (B) (3/5) c . (C) (2/5) c . (D) (1/5) c . 注:由于2 20 1c v -= ττ,其中s 5=τ,s 40=τ,故c v 5 3= [ C ]3 K 系与K '系是坐标轴相互平行的两个惯性系,K '系相对于K 系沿Ox 轴正方向匀速运动.一根刚性尺静止在K '系中,与O 'x '轴成 30°角.今在K 系中观测得该尺与Ox 轴成 45°角,则K '系相对于K 系的速度是: (A) (2/3)c . (B) (1/3)c . (C) (2/3)1/2c . (D) (1/3)1/2c . 注:22 1c v x x -=,0y y = ?-=-= =2 2 22 00 11 30 tan 145tan c v c v x y x y c v 21 )3 2 (= [ C ]4 设某微观粒子的总能量是它的静止能量的K 倍,则其运动速度的大小 为(以c 表示真空中的光速) (A) 1-K c . (B) 21K K c -. (C) 12-K K c . (D) )2(1 ++K K K c . 注:?=2 02c km mc ?=-k c v 2 2 11 12-= k k c v

关于狭义相对论的几个结论

关于狭义相对论的几个结论 北京航空航天大学,程浩 摘要:本文深刻揭示了动量和质量、能量的关系,可作为质能方程的补充和拓展. 关键字:相对论,动量,能量 正文 结论一. ??=m m p tdt du uc 002 (1) 推导:根据420222c m p c E +=及2mc E =得()2220 2p c m m =-即??=m m p tdt du uc 00222两边约去2即得上式. 结论二. dm dp p mc E ==2 (2) 推导:()22202p c m m =-两边对m 求导得dm dp p mc 222=两边约去2即得. 结论三. dv d E p γγ3= (3) 推导:

dv d E dv d d d E dv d E dv c v d c m c v v m p γγγγγγγ3022202201111=???? ??-=???? ??-=???? ??--=-= 结论四. dv dE p 21γ= (4) 推导:由dv d E p γγ3=及0E E γ=得 dv dE dv dE E E dv dE E E E dv E E d E E E dv d E p 22200230030311γγγ===???? ????? ? ??== 结论五. dv dp c E 22γ= (5) 推导:由2201c v m m -=得???? ??-=2202 21m m c v 两边对m 求导得320222m m c dm dv v =进而有v m c m dm dv 32 2 0=,结合dm dp p E =,有 dv dp c dv dp m c m dv dp v m c m p dm dv dv dp p dm dp p E 22222 03220γ===== 结论六. E p c dp dE 2= (6)

《狭义相对论》

3狭义相对论 3.1狭义相对论基本假设 1. 有下列几种说法: (1) 所有惯性系对物理基本规律都是等价的. (2) 在真空中,光的速度与光的频率、光源的运动状态无关. (3)在任何惯性系中,光在真空中沿任何方向的传播速率都相同. 若问其中哪些说法是正确的, 答案是 (A) 只有(1)、(2)是正确的. (B) 只有(1)、(3)是正确的. (C) 只有(2)、(3)是正确的. (D) 三种说法都是正确的. 答案:(D) 参考解答: 光速不变原理和相对性原理是爱因斯坦在创立狭义相对论时提出的两大基本假设。光速不变原理:在真空中的任何惯性参考系上,光沿任意方向的传播速度都是C;相对性原理:所有物理规律在所有不同惯性参考系中的形式都相同。 所有选择,均给出参考解答,进入下一题。 3.2狭义相对论时空观 1. 在狭义相对论中,下列说法中哪些是正确的? (1) 一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速. (2) 质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的. (3) 在一惯性系中发生于同一时刻,不同地点的两个事件在其他一切惯性系中也是同时发生的. (4)惯性系中的观察者观察一个与他作匀速相对运动的时钟时,会看到这时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些. (A) (1),(3),(4).(B) (1),(2),(4). (C) (1),(2),(3).(D) (2),(3),(4). 答案:(B) 参考解答: 在狭义相对论中,根据洛仑兹变换物体运动速度有上限,即不能大于真空中的光速;质量、长度、时间都是相对的,其测量结果取决于物体与观察者的相对运动状态,有动尺收缩和运钟膨胀的相对论效应。 对于所有选择,均给出以下思考题。 1.1相对论的时间和空间概念与牛顿力学的有何不同?有何联系? 参考解答: 牛顿力学时空观的基本观点是,长度和时间的测量与运动(或说与参考系)无关;而相对论时空观的基本观点是,长度和时间的测量不仅与运动有关,还与物质分布有关。 牛顿力学时空概念是相对论时空观在低速(即运动速度远远小于光速)时的

狭义相对论浅谈---李天祥

狭义相对论浅谈 作者:李天祥 爱因斯坦,德裔美国物理学家(拥有瑞瑞士国籍),思想家及哲学家家,犹太人人,现代物理学学的开创者和奠基人,相对论论——“质能关系”的提出者,“决定论量子力学诠释”的捍卫者(振动的粒子)——不掷骰子的上帝。 1999年12月26日,爱因斯坦被美国《时代周刊》评选为“世纪伟人”。 中文名:阿尔伯特·爱因斯坦 外文名: Albert Einstein 国籍:美国、瑞士双重国籍 民族:犹太族 出生地:德国乌尔姆市 出生日期: 1879年3月14日 逝世日期: 1955年4月18日 毕业院校:苏黎世联邦理工学院 主要成就:提出相对论及质能方程 解释光电效应 推动量子力学的发展 代表作品:《论动体的电动力学》《广义相对论的基础》 狭义相对论 基本原理: 1、爱因斯坦相对性原理:物理定律在所有的惯性系中都具有相同的表达形式,即所有的惯 性参考系对运动的描述都是等效的。 2、光速不变原理:真空中的光速是常量,它与光源或观测者的运动无关,即不依赖于惯性 系的选择。 质能公式E=mc2 在狭义相对论中,爱因斯坦提出了著名的质能公式式:E=mc^2 (这里的E代表能量,m代表减少质量,c代表光的速度。) 惯性系和洛伦兹变换 使牛顿力学第一定律(惯性定律)成立的那类参考系称为惯性系。狭义相对论的公式和结论只在惯性系中有效。两个惯性系K和K'之间的坐标变换是洛伦兹变换: 也可以写成洛伦兹群形式,这里不给出具体证明可根据群的定义验证洛伦兹变换,或者查找一本群论的教材。 式中(c就是一个单纯的数学数据,假定三维空间中时钟光子匀速直线运动1米,就是时间坐标数据“1秒/c”)为光在真空中传播的速度,为SSSSSSSsssssSSS 系相对于SSSS 系的速度。洛伦兹变换是线性变换,把其中的时空坐标换成任意坐标间隔其形式不变。所以,洛伦兹变换中的时空坐标也可当成

狭义相对论公式及证明

狭义相对论公式及证明 单位符号单位符号 坐标: m (x, y, z) 力: N F(f) 时间: s t(T) 质量:kg m(M) 位移: m r 动量:kg*m/s p(P) 速度: m/s v(u) 能量: J E 加速度: m/s^2 a 冲量:N*s I 长度: m l(L) 动能:J E k 路程: m s(S) 势能:J E p 角速度: rad/s ω力矩:N*m M 角加速度:rad/s^2α功率:W P 一: 牛顿力学(预备知识) (一):质点运动学基本公式:(1)v=dr/dt, r=r0+∫rdt (2)a=dv/dt, v=v0+∫adt (注:两式中左式为微分形式,右式为积分形式) 当v不变时,(1)表示匀速直线运动。 当a不变时,(2)表示匀变速直线运动。 只要知道质点的运动方程r=r(t),它的一切运动规律就可知了。 (二):质点动力学: (1)牛一:不受力的物体做匀速直线运动。 (2)牛二:物体加速度与合外力成正比与质量成反比。 F=ma=mdv/dt=dp/dt (3)牛三:作用力与反作与力等大反向作用在同一直线上。 (4)万有引力:两质点间作用力与质量乘积成正比,与距离平方成反比。 F=GMm/r2,G=6.67259*10-11m3/(kg*s2) 动量定理:I=∫Fdt=p2-p1(合外力的冲量等于动量的变化) 动量守恒:合外力为零时,系统动量保持不变。 动能定理:W=∫Fds=E k2-E k1(合外力的功等于动能的变化) 机械能守恒:只有重力做功时,E k1+E p1=E k2+E p2 (注:牛顿力学的核心是牛二:F=ma,它是运动学与动力学的桥梁,我们的目的是知道物体的运动规律,即求解运动方程r=r(t),若知受力情况,根据牛二可得a,再根据运动学基本公式求之。同样,若知运动方程r=r(t),可根据运动学基本公式求a,再由牛二可知物体的受力情况。) 二: 狭义相对论力学:(注:γ=1/sqr(1-u2/c2),β=u/c, u为惯性系速度。) (一)基本原理:(1)相对性原理:所有惯性系都是等价的。 (2)光速不变原理:真空中的光速是与惯性系无关的常数。 (此处先给出公式再给出证明) (二)洛仑兹坐标变换: X=γ(x-ut) Y=y Z=z

狭义相对论

第13章狭义相对论 一、选择题 1. 狭义相对论的相对性原理告诉我们 [ ] (A) 描述一切力学规律, 所有惯性系等价 (B) 描述一切物理规律, 所有惯性系等价 (C) 描述一切物理规律, 所有非惯性系等价 (D) 描述一切物理规律, 所有参考系等价 2. 在伽利略变换下, 经典力学的不变量为 [ ] (A) 速度(B) 加速度(C) 动量(D) 位置坐标 3. 在洛伦兹变换下, 相对论力学的不变量为 [ ] (A) 加速度(B) 空间长度 (C) 质点的静止质量(D) 时间间隔 4. 相对论力学在洛伦兹变换下 [ ] (A) 质点动力学方程不变(B) 各守恒定律形式不变 (C) 质能关系式将发生变化(D) 作用力的大小和方向不变 5. 光速不变原理指的是 [ ] (A) 在任何媒质中光速都相同 (B) 任何物体的速度不能超过光速 (C) 任何参考系中光速不变 (D) 一切惯性系中, 真空中光速为一相同值 6. 著名的迈克耳孙–莫雷实验结果表明 [ ] (A) 地球相对于以太的速度太小, 难以观测 (B) 观测不到地球相对于以太的运动 (C) 观察到了以太的存在 (D) 狭义相对论是正确的 7. 在惯性系S中同时又同地发生的事件A、B,在任何相对于S系运动着的惯性系中测量 [ ] (A) A、B可能既不同时又不同地发生 (B) A、B可能同时而不同地发生 (C) A、B可能不同时但同地发生 (D) A、B仍同时又同地发生 8. 在地面上测量,以子弹飞出枪口为事件A, 子弹打在靶上为事件B, 则在任何相对于地面运动着的惯性系中测量Array [ ] (A) 子弹飞行的距离总是小于地面观察者测出的距离 (B) 子弹飞行的距离可能大于地面观察者测出的距离 (C) 事件A可能晚于事件B (D) 以上说法都不对 图13-1-8

2.1狭义相对论基本原理

第二讲 相对论初步知识 相对论是本世纪物理学的最伟大的成就之一,它标志着物理学的重大发展,使一些物理学的基本概念发生了深刻的变革,狭义相对论提出了新的时空观,建立了高速运动物体的力学规律,揭露了质量和能量的内在联系,构成了近代物理学的两大支柱之一, §2. 1 狭义相对论基本原理 2、1、1、伽利略相对性原理 1632年,伽利略发表了《关于两种世界体系的对话》一书,作出了如下概述: 相对任何惯性系,力学规律都具有相同的形式,换言之,在描述力学的规律上,一切惯性系都是等价的,这一原理称为伽利略相对性原理,或经典力学的相对性系原理,其中“惯性系”是指凡是牛顿运动定律成立的参照系, 2、1、2、狭义相对论的基本原理 19世纪中叶,麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上,建立了完整的电磁理论,又称麦克斯韦电磁场方程组,麦克斯韦电磁理论不但能够解释当时已知的电磁现象,而且预言了电磁波的存在,确认光是波长较短的电磁波,电磁波在真空中的传播速度为 一常数, 秒米/100.38 ?=c ,并很快为实验所证实, 从麦氏方程组中解出的光在真空中的传播速度与光源的速度无关,如果光波也和声波一样,是靠一种媒质(以太)传播的,那么光速相对于绝对静止的以太就应该是不变的,科学家们为了寻找以太做了大量的实验,其中以美国物理学家迈克耳孙和莫雷实验最为著名,这个实验不但没能证明以太的存在,相反却宣判了以太的死刑,证明光速相对于地球是各向同性的,但是这却与经典的运动学理论相矛盾, 爱因斯坦分析了物理学的发展,特别是电磁理论,摆脱了绝对时空观的束缚,科学

地提出了两条假设,作为狭义相对论的两条基本原理: 1、狭义相对论的相对性原理 在所有的惯性系中,物理定律都具有相同的表达形式, 这条原理是力学相对性原理的推广,它不仅适用于力学定律,乃至适合电磁学,光学等所有物理定律,狭义相对论的相对性原理表明物理学定律与惯性参照系的选择无关,或者说一切惯性系都是等价的,人们不论在哪个惯性系中做实验,都不能确定该惯性系是静止的,还是在作匀速直线运动, 2、光速不变原理 在所有的惯性系中,测得真空中的光速都等于c,与光源的运动无关, 迈克耳孙—莫雷实验是光速不变原理的有力的实验证明, 事件 任何一个现象称为一个事件,物质运动可以看做一连串事件的发展过程,事件可以有各种具体内容,如开始讲演、火车到站、粒子衰变等,但它总是在一定的地点于一定时刻发生,因此我们用四个坐标(x,y,z,t )代表一个事件, 间隔 设两事件(1111,,,t z y x )与(2222,,,t z y x ),我们定义这两事件的间隔为 ()()()()2 122 122 122 1222z z y y x x t t c s -------= 间隔不变性 设两事件在某一参考系中的时空坐标为(1111,,,t z y x )与(2222,,,t z y x ),其间隔为 ()()()()2 122 122 122 1222z z y y x x t t c s -------= 在另一参考系中观察这两事件的时空坐标为(' 1'1'1'1,,t z y x ,)与('2'2'2'2,,t z y x ,), 其间隔为 ()()()() 2 '1'2 2 ' 1'22 ' 1' 22 ' 1' 22'2z z y y x x t t c s -------= 由光速不变性可得

对狭义相对论力学中的几个重要概念和规律的再认识

对狭义相对论力学中的几个重要概念和规律的再认识 摘要:本文在狭义相对论基本原理的基础上,详细阐述了相对论力学中的基本概念与其变换关系和基本规律,并分析了这些概念和规律在经典力学和狭义相对论力学中的区别和联系。通过对基本知识内容的分析对比,能够清楚认识到经典力学向狭义相对论力学在过渡阶段的概念和规律的混淆问题,有助于正确理解和把握狭义相对论的基本原理和内容,便于今后进行相关知识的学习和研究。 关键词:洛伦兹变换;速度;质量;相对性原理;光速不变原理

目录 引言 (1) 1狭义相对论的基本原理 (1) 1.1 相对性原理 (1) 1.2 光速不变性原理 (2) 2基本概念和规律 (2) 2.1 洛仑兹变换 (2) 2.2 速度的合成及其变换 (4) 2.3 质量及其变换 (6) 2.4 力及其变换 (7) 2.5 动量、能量及其变换 (8) 3 小结 (11) 参考文献: (11) 致谢: (11)

引言 在19世纪末期,当时众多的物理学家们都认为经典物理学的框架已经建设完成,只需要填补和装修即可而陶醉时,但是三大发现(黑体辐射、光电效应等)又为物理学提出新的问题。而这些问题正在猛力地冲击着经典力学中的速度、质量、动量和能量等基本物理概念,使经典物理学中包含了质量守恒、能量守恒等守恒定律面临着严酷的考验。同时,光电效应与黑体辐射等实验的结果又不能被经典物理学所解释。 为了解决这些经典力学所不能解释的问题,许多物理学家们已经做了很多的工作。在1905年,爱因斯坦另辟蹊径,运用丰富的科学知识和深刻的哲学思想提出了与众不同的时空理论—狭义相对论。当时,众多的物理学家们都以能读懂相对论原理而自豪。爱因斯坦建立的狭义相对论对物理学的发展提供了理论依据,并且深入到高能粒子物理的范围,成为了研究高速粒子运动的不可或缺的理论依据,并取得了丰硕的研究成果。它成为了近代物理的一大基石。同时,它被广泛应用于宇宙学,天体物理学,量子力学,和其他学科。然而,因为科学技术发展的限制、认知的不足,爱因斯坦的两个原则性的问题被遗留下来,没有得到解决。直到2009年,俄罗斯物理学家和我国物理学家华棣先生先后发表了新的相对论,弥补了百年前爱因斯坦遗留下的问题,完善了相对论原理。1狭义相对论的基本原理 到了十九世纪后期,在实验中证实了著名的物理学家麦克斯韦的“电磁场理论”的真实性。当时,在物理界有两个不同的观点,但后来物理学家们发现这是与实验结论相背的。于是洛伦兹提出一个假设:所有物质在以“以太”的形式运动时,都会发生沿运动方向的收缩现象。但是,爱因斯坦的研究从另一个方向开始,认为:想要解决一切的困难,那么必须完全摒弃牛顿所建立的绝对时空的概念,并提出了两个基本的假设。由于这两条基本假设在理论上是自洽的,并与大量的实验结果相吻合。因此,只能称之为假设。 否认宇宙中存在着特殊的物质“以太”,同时也排除存在着处于特殊优越地位的惯性系。那么,各个惯性系都应该存在平等、等价的地位,这就是狭义相对论的出发点,也是总思想。这一思想就成为了第一条基本原理。同时,以此原理为基础在处理具体问题时,爱因斯坦又假定了在各个惯性系中的真空光速是个不变量,这就是光速不变原理。 1.1 相对性原理 所有惯性参考系统对任何物理规律(力学的、电学的等等)都是等价的。也就是说,在实验室进行任何物理实验都无法确定实验室是“绝对静止”呢,还是“绝对地”

高一物理沪教版必修二6.2狭义相对论的基本原理 教案

6.2狭义相对论的基本原理 教学目标 1.知识与技能 (1)了解伽利略相对性原理,了解狭义相对论的理论基础,知道时空观与参考系的联系。 (2)了解经典时空观及其基本推论,知道牛顿引入绝对时空观的原因。 2.过程与方法 (1)通过关于参考系和运动的讨论与交流,认识惯性系的概念与伽利略相对性原理。 (2)解读并分析教材图5-2-1和图5-2-2,了解绝对时空观与实验事实的矛盾。 3.情感、态度与价值观 (1)通过讨论与交流活动,培养学生的独立思考能力、逻辑分析能力、口头表达的能力和合作学习的精神。 (2)通过了解时空观的变革,从中认识物理学的发展和变革,体会相对论对人类认识世界的影响,感受物理学的发展对推动社会的作用。 教学过程 新知探究 阿尔伯特?爱因斯坦(Albert Einstein),美籍德国犹太裔,世界十大 杰出物理学家之一,现代物理学的开创者、集大成者和奠基人。 同时也是一位著名的思想家和哲学家。 相对论是关于时空和引力的基本理论,主要由阿尔伯特?爱因斯 坦创立,依据研究的对象不同分为狭义相对论和广义相对论。相 对论和量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化,共同奠定了近代物理学的基础。 相对论(Relativity)的基本假设是相对性原理,即物理定律与参照系的选择无关。狭义相对

论(Special Relativity)和广义相对论(General Relativity)的区别是,前者讨论的是匀速直线运动的参照系(惯性参照系)之间的物理定律,后者则推广到具有加速度的参照系中(非惯性系),并在等效原理的假设下,广泛应用于引力场中。相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。经典物理学基础的经典力学,不适用于高速运动的物体和微观领域。相对论解决了高速运动问题;量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。相对论颠覆了人类对宇宙和自然的“常识性”观念,提出了“时间和空间的相对性”、“四维时空”、“弯曲空间”等全新的概念。狭义相对论提出于1905年,广义相对论提出于1915年(爱因斯坦在1915年末完成广义相对论的创建工作,在1916年初正式发表相关论文)。 一、经典力学的时空观 (1)概述:绝对的真实的数学时间,就其本质而言,是永远均匀地流逝,与任何外界无关.绝对空间就其本质而言是与任何外界事物无关的,它从不运动,并且永远不变.这就是经典力学的时空观,也称为绝对时空观. (2)几个具体结论 ①同时的绝对性. ②时间间隔的绝对性. ③空间距离的绝对性. 空间是绝对静止不动的(即绝对空间),时间是绝对不变的(即绝对时间).空间和时间跟任何外界物质的存在及其运动情况无关.空间是三维欧几里得空间,时间是一维的,空间和时间彼此独立. 二、狭义相对论的基本公设 1.追光问题的思考 (1)经典力学时空观中的速度叠加原理: (2)爱因斯坦的困惑:如果我以光速追光波,将会看到什么?

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