6相对论的建立和发展解析
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亨利.庞加莱
1904年庞加莱正式表述了相对性原理。他在一次演说中讲道： “根据这个原理，无论对于固定的观察者还是对于正在作匀 速运动的观察者，物理定律应该是相同的。因此没有任何实 验方法可以用来识别我们自身是否处于匀速运动之中。”庞 加莱还对洛仑兹理论进行加工整理，使它的数学形式更加简 洁。然而彭加勒也没有跳出绝对时空观的框架。
三、狭义相对论的建立
1900年，爱因斯坦大学毕业。1901年，他获得了瑞士国籍。 1902年，在他的朋友格罗斯曼的帮助下，爱因斯坦终于在
伯尔尼的瑞士联邦专利局找到了一份稳定的工作——当技术员。 在伯尔尼专利局的日子里，爱因斯坦广泛关注物理学界的 前沿动态，在许多问题上深入思考，并形成了自己独特的见解。 在十年的探索过程中，爱因斯坦认真研究了麦克斯韦电磁理论， 特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学。爱因斯坦坚 信电磁理论是完全正确的，但是有一个问题使他不安，这就是 绝对参照系中以太的存在。
6.2 爱因斯坦创建狭义相对论的经过
爱因斯坦是德国人，有犹太血统， 1900年毕业于瑞士 苏黎世工业大学，1901年入瑞士国籍，大学毕业两年后才在 伯尔尼瑞士专利局找到技术员的工作。就在专利局工作期间， 1905年头几个月一连发表了四篇重要论文，分别在辐射理论、 分子运动论和力学与电动力学的基础理论等三个不同的领域 提出了新的见解。其中《论动体的电动力学》一文更具有划 时代的意义，文中第一次提出了崭新的时间空间理论，一举 解决了光速的不变性与速度合成法则之间的矛盾以及电磁理 论中的不对称等难题。爱因斯坦把这个理论称为相对性理论， 简称相对论，后来又叫狭义相对论。
1900年 苏黎世联邦工业大学师范系毕业。 1902年 在瑞士联邦专利局工作 1909年 离开专利局任苏黎世大学理论物理学副教授。 1911年 任布拉格德语大学理论物理学教授，1912年任母校苏 黎世联邦工业大学教授。 1914年，应能斯脱的邀请，回德国任威廉皇帝物理研究所所 长兼柏林大学教授，直到1933年。 1914年 应洛伦兹和埃伦菲斯特的邀请，兼任荷兰莱顿大学特 邀教授。回德国不到四个月，第一次世界大战爆发，他投入公 开的和地下的反战活动。他经过8年艰苦的探索,于1915年最后 建成了广义相对论。 1921年 获得诺贝尔物理奖。 1933年 受德国纳粹迫害移居美国，为普林斯顿研究所研究员。 1940年加入美国国籍。 1955年4月18日去世。
第六章 相对论的建立与发展
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5
历史背景 爱因斯坦创建狭义相对论的经过 狭义相对论的遭遇和实验检验 广义相对论的建立 广义相对论的实验检验
相对论会让 大家想到什么？
天上一日 地下一年？
宇宙航行
热锅上的蚂蚁？
时空穿梭
相对论好象是：“光彩夺目的火箭，它 在黑暗的夜空，突然划出一道道十分强烈的 光辉，照亮了广阔的未知领域。” ——德布罗意
3、真空中的光速
根据麦克斯韦的电磁理论，光速“c”应为一常数， 与牛顿力学的速度叠加法则相矛盾。
4、物理学家面临的选择
要么对牛顿力学做一些顾此失彼的解释，修修补补， 要么彻底抛弃，建立新的理论。
庞加莱提出相对性原理
法国著名科学家庞加莱（Henri Poincarè）对洛仑兹理论起过积极作用。 他在1895年就对用长度收缩假说解释以 太漂移的零结果表示不同看法。 他提出了相对性原理的概念，认为 物理学的基本规律应该不随坐标系变化。 他的批评促使洛仑兹提出时空变换的方 程式。
ห้องสมุดไป่ตู้
6.1 历史背景
相对论是科学技术发展到一定阶段的必然产物，是电磁理
论合乎逻辑的继续和发展，是物理学各有关分支又一次综合的 结果。19世纪后半叶，光速的精确测定为光速的不变性提供了 实验依据。从电磁理论出发，光速的不变性是很自然的结论。 然而这个结论却与力学中的伽利略变换抵触。
1.牛顿力学时空观
绝对的，真正的和数学的时间自己流逝着，并由于它的本 性而均匀的与任何外界对象无关的流逝。 ——牛顿 绝对空间，就其本质来说，独立于外界任何事物，总是始 终如一和静止不动的。 ——牛顿
青年时期
• 爱因斯坦少年时期就对哲学有兴趣。康德的《纯粹理性批判》，马赫的 《力学史评》都给了他深刻的影响。1902年前后，爱因斯坦和几个年轻朋 友组成“奥林比亚科学院”每晚聚在一起，研读斯宾诺莎、休谟、彭加勒 等人的科学和哲学著作。斯宾诺莎关于自然界统一的思想，休谟的时空观， 马赫对牛顿绝对时空观的批判都引起爱因斯坦极大的兴趣。
二、爱因斯坦简介
1879年3月14日生于德国乌尔姆一 个犹太人家庭。 父亲是小商人，母亲 是钢琴家。上学后，成绩平平，但爱 动脑筋，12岁曾证明勾股定理。 1896年，爱因斯坦成为一个无国 籍的人，并考进了联邦工业大学。大 学期间，爱因斯坦迷上了物理学，一 方面，他阅读了德国著名物理学家基 尔霍夫、赫兹等人的著作，钻研了麦 克斯韦的电磁理论和马赫的力学，并 经常去理论物理学教授的家中请教。 另一方面，他的大部分时间是去物理 实验室去做实验，迷恋于直接观察和 测量。
一、走在爱因斯坦前面的人
人名 麦克斯韦 贡献 创建电磁理论 影响
赫兹
佛格特 拉摩
修改麦克斯韦方程
1887年提出佛格特变换， 与洛伦兹变换相似 洛伦兹知道佛格特的工 作，但没有足够注意。
拉摩进动和拉摩变换
费兹杰惹
洛伦兹 庞加莱
独立地提出洛伦兹变换
提出电子论和洛伦兹变 爱因斯坦读过洛伦 换 兹1895年的著作 提出相对性原理
迈克尔逊
“以太”的概念最早出现在笛卡尔于1644年发表的 《哲学原理》一书中。按笛卡尔的观点，“虚空”是不可 能存在的，整个宇宙充满着一种易动的物质，这种物质就 是“以太”。 17世纪，惠更斯也用了“以太”的说法。 麦克斯韦也援用“以太”的概念。他把“以太”看成 电磁场的物质基础,认为电磁现象是“以太”运动的表现。
2、迈克尔逊——莫雷实验
由于人们把“以太”选作绝对静止的参照系，因此在19 世纪，人们热衷于寻找出地球相对于以太的绝对速度。1881 年，美国人迈尔耳逊设计了一个实验，但是却得到“0”结 果。1887年迈尔耳逊和莫雷合作，又重复实验，但实验结果 仍然是“零结果”。根据这一结果，“以太”显然是一厢情 愿的设想，尽管不断改进，但结论却相同。
1904年庞加莱正式表述了相对性原理。他在一次演说中讲道： “根据这个原理，无论对于固定的观察者还是对于正在作匀 速运动的观察者，物理定律应该是相同的。因此没有任何实 验方法可以用来识别我们自身是否处于匀速运动之中。”庞 加莱还对洛仑兹理论进行加工整理，使它的数学形式更加简 洁。然而彭加勒也没有跳出绝对时空观的框架。
三、狭义相对论的建立
1900年，爱因斯坦大学毕业。1901年，他获得了瑞士国籍。 1902年，在他的朋友格罗斯曼的帮助下，爱因斯坦终于在
伯尔尼的瑞士联邦专利局找到了一份稳定的工作——当技术员。 在伯尔尼专利局的日子里，爱因斯坦广泛关注物理学界的 前沿动态，在许多问题上深入思考，并形成了自己独特的见解。 在十年的探索过程中，爱因斯坦认真研究了麦克斯韦电磁理论， 特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学。爱因斯坦坚 信电磁理论是完全正确的，但是有一个问题使他不安，这就是 绝对参照系中以太的存在。
6.2 爱因斯坦创建狭义相对论的经过
爱因斯坦是德国人，有犹太血统， 1900年毕业于瑞士 苏黎世工业大学，1901年入瑞士国籍，大学毕业两年后才在 伯尔尼瑞士专利局找到技术员的工作。就在专利局工作期间， 1905年头几个月一连发表了四篇重要论文，分别在辐射理论、 分子运动论和力学与电动力学的基础理论等三个不同的领域 提出了新的见解。其中《论动体的电动力学》一文更具有划 时代的意义，文中第一次提出了崭新的时间空间理论，一举 解决了光速的不变性与速度合成法则之间的矛盾以及电磁理 论中的不对称等难题。爱因斯坦把这个理论称为相对性理论， 简称相对论，后来又叫狭义相对论。
1900年 苏黎世联邦工业大学师范系毕业。 1902年 在瑞士联邦专利局工作 1909年 离开专利局任苏黎世大学理论物理学副教授。 1911年 任布拉格德语大学理论物理学教授，1912年任母校苏 黎世联邦工业大学教授。 1914年，应能斯脱的邀请，回德国任威廉皇帝物理研究所所 长兼柏林大学教授，直到1933年。 1914年 应洛伦兹和埃伦菲斯特的邀请，兼任荷兰莱顿大学特 邀教授。回德国不到四个月，第一次世界大战爆发，他投入公 开的和地下的反战活动。他经过8年艰苦的探索,于1915年最后 建成了广义相对论。 1921年 获得诺贝尔物理奖。 1933年 受德国纳粹迫害移居美国，为普林斯顿研究所研究员。 1940年加入美国国籍。 1955年4月18日去世。
第六章 相对论的建立与发展
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5
历史背景 爱因斯坦创建狭义相对论的经过 狭义相对论的遭遇和实验检验 广义相对论的建立 广义相对论的实验检验
相对论会让 大家想到什么？
天上一日 地下一年？
宇宙航行
热锅上的蚂蚁？
时空穿梭
相对论好象是：“光彩夺目的火箭，它 在黑暗的夜空，突然划出一道道十分强烈的 光辉，照亮了广阔的未知领域。” ——德布罗意
3、真空中的光速
根据麦克斯韦的电磁理论，光速“c”应为一常数， 与牛顿力学的速度叠加法则相矛盾。
4、物理学家面临的选择
要么对牛顿力学做一些顾此失彼的解释，修修补补， 要么彻底抛弃，建立新的理论。
庞加莱提出相对性原理
法国著名科学家庞加莱（Henri Poincarè）对洛仑兹理论起过积极作用。 他在1895年就对用长度收缩假说解释以 太漂移的零结果表示不同看法。 他提出了相对性原理的概念，认为 物理学的基本规律应该不随坐标系变化。 他的批评促使洛仑兹提出时空变换的方 程式。
ห้องสมุดไป่ตู้
6.1 历史背景
相对论是科学技术发展到一定阶段的必然产物，是电磁理
论合乎逻辑的继续和发展，是物理学各有关分支又一次综合的 结果。19世纪后半叶，光速的精确测定为光速的不变性提供了 实验依据。从电磁理论出发，光速的不变性是很自然的结论。 然而这个结论却与力学中的伽利略变换抵触。
1.牛顿力学时空观
绝对的，真正的和数学的时间自己流逝着，并由于它的本 性而均匀的与任何外界对象无关的流逝。 ——牛顿 绝对空间，就其本质来说，独立于外界任何事物，总是始 终如一和静止不动的。 ——牛顿
青年时期
• 爱因斯坦少年时期就对哲学有兴趣。康德的《纯粹理性批判》，马赫的 《力学史评》都给了他深刻的影响。1902年前后，爱因斯坦和几个年轻朋 友组成“奥林比亚科学院”每晚聚在一起，研读斯宾诺莎、休谟、彭加勒 等人的科学和哲学著作。斯宾诺莎关于自然界统一的思想，休谟的时空观， 马赫对牛顿绝对时空观的批判都引起爱因斯坦极大的兴趣。
二、爱因斯坦简介
1879年3月14日生于德国乌尔姆一 个犹太人家庭。 父亲是小商人，母亲 是钢琴家。上学后，成绩平平，但爱 动脑筋，12岁曾证明勾股定理。 1896年，爱因斯坦成为一个无国 籍的人，并考进了联邦工业大学。大 学期间，爱因斯坦迷上了物理学，一 方面，他阅读了德国著名物理学家基 尔霍夫、赫兹等人的著作，钻研了麦 克斯韦的电磁理论和马赫的力学，并 经常去理论物理学教授的家中请教。 另一方面，他的大部分时间是去物理 实验室去做实验，迷恋于直接观察和 测量。
一、走在爱因斯坦前面的人
人名 麦克斯韦 贡献 创建电磁理论 影响
赫兹
佛格特 拉摩
修改麦克斯韦方程
1887年提出佛格特变换， 与洛伦兹变换相似 洛伦兹知道佛格特的工 作，但没有足够注意。
拉摩进动和拉摩变换
费兹杰惹
洛伦兹 庞加莱
独立地提出洛伦兹变换
提出电子论和洛伦兹变 爱因斯坦读过洛伦 换 兹1895年的著作 提出相对性原理
迈克尔逊
“以太”的概念最早出现在笛卡尔于1644年发表的 《哲学原理》一书中。按笛卡尔的观点，“虚空”是不可 能存在的，整个宇宙充满着一种易动的物质，这种物质就 是“以太”。 17世纪，惠更斯也用了“以太”的说法。 麦克斯韦也援用“以太”的概念。他把“以太”看成 电磁场的物质基础,认为电磁现象是“以太”运动的表现。
2、迈克尔逊——莫雷实验
由于人们把“以太”选作绝对静止的参照系，因此在19 世纪，人们热衷于寻找出地球相对于以太的绝对速度。1881 年，美国人迈尔耳逊设计了一个实验，但是却得到“0”结 果。1887年迈尔耳逊和莫雷合作，又重复实验，但实验结果 仍然是“零结果”。根据这一结果，“以太”显然是一厢情 愿的设想，尽管不断改进，但结论却相同。