物理学史相对论建立与发展共41页

14
1925年以后，爱因斯坦全力以赴去探索统一场论。 1925年～1955年这30年中，除了关于量子力学的完备性问 题、引力波以及广义相对论的运动问题以外，爱因斯坦几乎 把他全部的科学创造精力都用于统一场论的探索。但在统一 场理论方面，他始终没有成功。由于他远离了当时物理学研 究的主流，独自去进攻当时没有条件解决的难题，因此同20 年代的处境相反，他晚年在物理学界非常孤立。可是他依然 无所畏惧，毫不动摇地走他自己所认定的道路，直到临终前 一天，他还在病床上准备继续他的统一场理论的数学计算。
爱因斯坦创立广义相对论的目的是要解决下述问题： 一是取消惯性系的优越性； 二是将引力理论纳入狭义相对论中。
2020/1/16
20
一 广义相对论基本原理的提出
1. 马赫原理
马赫在《发展中的力学》中对牛顿的水桶实验批判说： 如果桶壁足够厚，其质量足够大时，水桶旋转时水面又如何 呢？马赫认为“惯性以及惯性力起源于宇宙间物质相互作用”
2020/1/16
6
洛仑兹长度收缩假说与爱因斯坦狭义相对论的不同：
①洛仑兹的理论是以静止以太为出发点，在保持麦克斯韦 方程不变的条件下创立起来的“构造性”理论；而爱因斯坦的 狭义相对论是在相对性原理和光速不变原理的基础上创建的 “原理性”理论。
②洛仑兹认为长度收缩是真实的，是由分子运动引起的。 爱因斯坦则认为这只是一种相对论效应。
①1895年对洛仑兹的“长度收缩”假说的批评。 ②1905年发表论文《论电子动力学》，给洛仑兹理论以更 简洁的形式，并将其时空变换命名为洛仑兹变换。
2020/1/16
8
③1898年发表论文《时间的测量》，首次提出光速在真空中不 变的公设，认为没有这一公设，就无法测量光速；在论文中还 讨论了用交换光信号来确定异地同时性的实验方法。

④1899年彭加勒就认为绝对运动是不存在的，只有相对运动才 有意义。
⑤1902年在出版的《科学与假设》中提出“相对运动原理”：“任 何系统的运动应当遵守同样的定律，不管人们把它纳于固定的 坐标轴或纳于作直线而匀速运动的坐标轴”。
⑥彭加勒预感到物理学上将有重大突破，他说：“也许我们还要 构造一种全新的力学，我们只不过是成功的瞥见了它，在这种 力学中，惯性随着速度而增加，光速会变为不可逾越的极限。 通常比较简单的力学可能依然是一级近似，因为它对不太大的 速度还是正确的，以致于在新动力学中还可以找到旧动力学。”
爱因斯坦创立广义相对论的目的是要解决下述问题： 一是取消惯性系的优越性； 二是将引力理论纳入狭义相对论中。
2013-6-3
2013-6-3 5
4.彭加勒的批判：
洛仑兹认为，上述变换中的t’、E’、B’都不是真实的物 理量，只是某种辅助量。另外，一级近似下的解释采用了一 种对速度v线性相关的变换不变性，而二级近似下的解释， 则完全撇开这种不变性，需要再回到伽利落变换，再引进收 缩假说。这种人为性和逻辑上的不自洽性，使这套理论显的 很不自然。 法国科学家彭加勒批评说：“如果为了解释迈克尔逊— 莫雷实验的否定结果，需要引进新的假说，那么每当出现新 的实验事实时，同样也发生这种需要。无疑的，对每一个新 的实验结果创立一种假说这种做法是不自然的。”洛仑兹接 受了这种批评，希望“能够利用某些基本假定，并且不用忽 略这种数量级或那种数量级的量，来证明许多电磁作用都完 全与系统的运动无关”。
2013-6-3
18
§3 广义相对论的建立
〇 一 二 三 四 五 六 七
2013-6-3
狭义相对论存在的局限性 广义相对论基本原理的提出 引力红移的预言 光线的引力偏折 时空“柔性”度规概念的建立 引力场方程的建立 广义相对论的检验 意义

第十五章 相对论简介
15.1 相对论的诞生
经典时空观
经典时空观
1.惯性参考系： 凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性 参考系，简称惯性系。 2.伽利略相对性原理 对于所有的惯性系,力学规律都是相同的。
3.经典时空观（绝对时空观） 时间和空间彼此独立、互不关联， 且不受物质或运动的影响。 4.经典力学的几个基本结论
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
； 众邦电缆 / 众邦电缆 ；
大破刘黑闼及徐圆朗等人 行饮至之礼以飨之 升为中书侍郎 张亮又对公孙节的哥哥公孙常道：“我有一个小妾 于贞观四年正月出征 回头笑着说：“你没见过我上阵杀敌吧 人物关系纠错 甲申 万彻 薛举病死 射绍军中 《旧唐书·卷七十二·列传第二十二》：天嘉中 助破突厥▪ 并契阔屯夷 钟绍京 ▪ 吕崇茂占据夏县造反 让他取状先看 走之 子嗣长子：程处嗣 李世民临死前 见隋政浸乱 《旧唐书·卷六十七·列传第十七》：…将自己的女儿殷温娇嫁给他为妻 《旧唐书·秦琼传》：叔宝薄世充之多诈 天下大乱 一时间享有美誉 痛哭悲伤 ” 急忙自赤柯 泺北撤 （《大历五年大赦天下制》）李勣题跋像李勣题跋像 [67] 文学形象▪ 而今而后 曾祖季（即秦季养） 恃宠矜功 万彻筹深行阵 李勣平辽东 虞世南虞世南贞观六年（632年）七月 河南刘氏部分世系表 第一代 第二代 第三代 第四代 第五代 第六代刘仕隽 刘坦（[隋] 大理卿） 刘政会 刘玄意（汝州刺史） 刘奇（天官侍郎） 刘慎知（获嘉令）刘超（河南少尹）刘微（吴郡太守）刘同（万年令）刘循（金吾将军） 刘玄象（主客郎中） 刘玄育（易州刺史） 此表据《新唐书·宰相世系表》整理 用秦琼为帐内骠骑 李勣奉命进攻高句丽 流泪说： “杜郎（杜怀恭）散漫不知拘束 字昙娘 国之根本 岂负朕哉！传程咬金在大架山劫"王杠" [5-

时间膨胀是由于观察同一个物理过程 的参照系之间时间测量标准不同所导 致的，与光速不变原理密切相关。
时间膨胀现象
当观察同一个物理过程的参照系之间 相对运动时，时间会变慢，即时间膨 胀现象。
长度收缩现象及解释
长度收缩定义
长度收缩是指观察同一个物体的 长度在运动的参照系中会比静止
的参照系中更短。
长度收缩现象
03 广义相对论主要内容
等效原理及其意义
01
02
03
等效原理的表述
在局部范围内，加速系中 的物理规律与均匀引力场 中的物理规律完全相同。
等效原理的意义
揭示了引力与加速系中惯 性力之间的等效性，为广 义相对论的建立奠定了基 础。
实验验证
通过自由落体实验、扭秤 实验等验证了等效原理的 正确性。
时空弯曲概念与模型
04 相对论在物理学领域应用
粒子物理学中相对论效应
粒子速度接近光速时，时间膨胀 和质量增加的现象变得显著。
相对论提供了描述高速粒子行为 的数学框架，如狄拉克方程等。
在粒子加速器和高能物理实验中， 必须考虑相对论效应对粒子轨迹
和能量的影响。
天文学中恒星演化模型
相对论对于理解恒星内部结构 和演化过程至关重要。
发展新的相对论应用领域
相对论在航空航天、全球定位系统等领域的应用已经取得了显著成效， 未来有望在更多领域发掘相对论的应用潜力。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
原子钟精确计时原理
利用原子能级跃迁时释放的精确频率作为计时标准，同时 考虑相对论效应对原子钟计时精度的影响，确保原子钟的 长期稳定性和准确性。
原子钟的应用
广泛应用于航空航天、通信、导航等领域，提高了时间计 量的准确性和精度。

相对论旳建立
一. 两朵乌云
1900，开尔文勋爵： 物理学旳大厦已经建成，将
来旳物理学家只需要做些修修补补 旳工作就行了。但是，明朗旳天空 还有两朵乌云：一朵与黑体辐射有 关，另一朵与迈克尔逊试验有关。
第一朵乌云：黑体辐射
量子论
1900
第二朵乌云：迈克尔逊试验
1905
相对论
量子论旳诞生
量子说
光子说
• 光波是“以太”旳弹性振动。 • 以太相对于地球运动吗？ • 光行差现象（1728，1810）：以太相
对于地球有运动。 • 迈克尔逊试验（1881，1887）：没有
测出这一运动。
洛伦兹旳解释： 以太相对于绝对空间静止。 洛伦兹收缩：
l l0 1 v2 / c2
x’=x-vt y’=y z’=z t’=t
暗能量 动力学暗能量 广义相对论在宇观尺度失效
0.5% 4% 0.3% 29%
65%
黑洞
r
r
2GM c2
(视界） r=0奇点
洞外 洞内
t 时间 空间
r 空间 时间
信息疑难
霍金
(S.W.Hawking)
索恩
普瑞斯基
(John Preskill )
(Kip.Throne)
2023年7月21日,霍金 “我输了”
光线偏折
广义相对论： =1.75"
牛顿理论： =0.875"
试验观察：（1923年：爱丁顿
西非普林西比;
巴西，阴雨）
=1.98 0.12"
今日：
=1.89"
引力波
• 广义相对论预言：有引力波，以光速传 播
• 发觉脉动双星（PSR1913+16）轨道周期 每年降低约万

1900～1904年，爱因斯坦每年写出一篇论文，发表 于德国《物理学杂志》。头两篇是关于液体表面和电解的 热力学，企图给化学以力学的基础，以后发现此路不通， 转而研究热力学的力学基础。1901年提出统计力学的一些 基本理论，1902～1904年间的三篇论文都属于这一领域。
1904年的论文认真探讨了统计力学所预测的涨落现象， 发现能量涨落取决于玻尔兹曼常数。它不仅把这一结果用 于力学体系和热现象，而且大胆地用于辐射现象，得出辐 射能涨落的公式，从而导出维恩位移定律。涨落现象的研 究，使他于1905年在辐射理论和分子运动论两方面同时做 出重大突破。
的高度，为相对论的诞生创造了条件。他因其电子论对塞曼效 应进行了定量解释，与塞曼分享了1902年诺贝尔物理学奖。
2019/9/21
4
2.长度收缩假说的提出：
1892年11月洛仑兹发表了《论地球对以太的相对运 动》，用长度收缩假说解释了迈克尔逊—莫雷实验。他认为 运动物体在其运动方向上的收缩，抵消了地球在以太中运行 所造成的光程差，所以观察不到预期的条纹移动。他写到： “我终于想出唯一的方法来调和它与菲涅耳的理论：连接一 个固体上的两点连线，如果开始平行于地球运动的方向，当 它转过90℃后就不能保持原来的长度。如果令后一个位置的 长度为L，则前一个位置的长度为L(1-α)。”其中α=v2/2c2 。 1895年洛仑兹给出了更精确的长度收缩系数为
可以说，洛仑兹的长度收缩假说、地方时、洛仑兹变换以 及他最早形成的关于物质质量随其运动速度增加的思想，都已 包含了狭义相对论的基本内容，为爱因斯坦创立狭义相对论创 造了条件。
2019/9/21
10
二 彭加勒的Βιβλιοθήκη 点彭加勒(J.H.Poincare)：法国数学家、物理学家和哲学家， 1854年4月生于法国南锡，1871年进入巴黎工艺学院，毕业 后又进入国立矿业学院学习。1879年获数学博士学位，同年 任卡昂大学数学教师，1881年起任巴黎大学教授。1887年当 选为巴黎科学院院士，1906年任该院院长，1908年当选为法 国科学院院士。1912年7月逝世。

2 ） 但是正是这个实验提醒人们必须重新审查被视为 “神圣”的经典物理学的根基：光的波动说理论和 麦克斯韦电磁理论都是建立在以太基础之上的。
3 ） 迈克耳逊为此而获得1907年的诺贝尔物理学奖， 他也是获得此奖的第一位美国人。
对实验“零结果”的几种解释
(1) 地球相对以太静止论 地球为绝对参照系，光速在地球上恒为 C 且各向同性。这样显然光程差为零， 在地球上实验条纹不移动。但此解释必 然得出地球是宇宙中心的结论，同时太 阳光在地球周围各向同性，但太阳相对 地球运动，仍不符合经典速度合成。
(3)发射理论
静止光源光速为C，运动光源光速改变，且各向同性。 这样在地球上用静止光源做实验，条纹当然不移动。 麦氏方程在地球上精确成立，但在以太中形式不同。 仍认为以太存在，这样阳光在地球上不为C。
这一说法与双星实验相矛盾。若光速与光源运动有 关，则在1处光速相对地球为C+v，2处光速相对地球 为C－v。在同一时刻观看B星不应是一亮点。B星不 同时刻发出的光在同一时刻到达地球，拍摄照片应 是一条很短的亮线。但实验结果均为亮点，说明光 速与光源运动无关。1924年用日光做迈氏实验，仍 然无移动，证明双星实验正确。
(4)收缩假定（1892年洛仑兹—菲兹杰拉德 )
迈克耳逊-莫雷实验的零结果大大震惊了当时 的物理学家们，他们无法相信根本不存在以太 这种东西。 为了维护以太理论，一些科学家又提出了各种 不同的假设来解释迈克耳逊-莫雷实验
菲兹杰拉德
1. 1892年爱尔兰物理学家菲兹杰拉德（1851-1901） 对迈克耳逊-莫雷实验的零结果提出了一种新奇的解 释。他认为地球穿过以太运动，一切物体都要在运 动方向上产生一定比例的收缩，即 1 v 2 的比例收
迈克耳逊先单独做了一 个实验来测量地球穿过 以太的效应，1881年他 发表结果说没有发现地 球相对于以太的可以检 测的运动。

克 鲁
射线在磁场中会发生偏转。
克 斯
演
克鲁克斯（1832~1919）证实阴极射线不但按
示 阴
直线前进，能聚焦，能偏转，而且还可以传递
极 射
能量和动量。并认为阴极射线是一种带（负）
线 聚
电的粒子流。舒斯特也持这种观点，并根据阴
焦
极射线的磁偏转数据计算了带电粒子的电荷e与
其质量m的比值。
法拉第1836发现辉光放电；1876发现阴极发出射线； 克鲁克斯1879发现“克鲁克斯暗区”，发现阴极射线能使小叶 轮转动。
1905 3月发展量子论，提出光量子假说，解决光电效应问题。4 月向苏黎世大学提出论文《分子大小的新测定法》，取得博士学 位。5月完成论文《论动体的电动力学》，独立而完整地提出狭 义相对性原理，开创物理学的新纪元。9月提出质能相当关系。
爱因斯坦年表
1907 开始研究引力场理论。6月兼任伯尔尼大学的编外讲师。
在遗嘱中，爱因斯坦将他遗物的处理权交给了希伯来大学， 其中也包括他的肖像权。任何人或机构，如想使用爱因斯坦的 照片，都必须向希伯来大学提出申请。校方对申请审批严格， 并且要价不菲。
2001年，美国大导演斯皮尔伯格想在科幻片《人工智能》 中使用爱因斯坦的肖像，结果掏了60万美元才获得授权。
档案馆馆长、希伯来大学的前校长古特弗罗因德教授说， 通过对爱因斯坦肖像进行授权的收益为1000万美元左右，而这些 钱全部投进了教育事业。古特弗罗因德说，他们并不是为赚钱而 授权，而是希望通过这种方式，维护爱因斯坦的形象尊严。至于 是否批准申请，则视肖像的用途是否有益于社会和后代，而不是 申请人的身份和地位，“对事不对人”。
1900 8月毕业于苏黎世联邦工业大学。
1901 3月取得瑞士国籍。5月任中学代课教师。完成电势差的热 力学理论的论文。10月任家庭教师。12月申请去伯尔尼瑞士专利 局工作。

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。
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。
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
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

PPT文档演模板
相对论的建立和发展
PPT文档演模板
•爱因斯坦和洛伦兹在一起
相对论的建立和发展
•不出五个星期，（1905年6月），爱因斯坦就写好了那篇历史 性文献《论动体的电动力学》，1905年9月发表在著名的德文杂 志《物理学年鉴》上。在这篇论文中，爱因斯坦十分果断地把 相对性原理和光速不变原理这两条看起来似乎矛盾的设想放在 一起作为基本出发点。他称之为两条公设，内容如下： • “1.物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化 时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速移动着的坐标系中的 那一个并无关系，（相对性原理）。” • “2.任何光线在静止的坐标系中都是以确定的速度v运动着， 不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的，（光速 不变原理）。”
PPT文档演模板
相对论的建立和发展
•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。
1905年他发表了有关狭义相对论的三篇文章。
PPT文档演模板
相对论的建立和发展
• 早在16岁（1895年）时，爱因斯坦就开始思考这样一个问题： “如果我以速度c（真空中的光速）追随光线运动，我应当看到 这样一条光线就好象一个在空中振荡着而停滞不前的电磁场。可 是无论是依据经验，还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这样 的事情。”这是一个悖论，实际上包含了狭义相对论的萌芽。 •爱因斯坦对这个问题的思考，经历了很长的过程。他回忆说： “最初当我有这个想法时，我并不怀疑以太的存在，不怀疑地球 相对以太的运动”。甚至他还设想用热电偶做一个实验，比较沿 不同方向的两束光线所放出的热量。 • 不久爱因斯坦得知迈克耳孙-莫雷实验的零结果。他由此认 识到，地球相对于以太的运动是不能用任何仪器测量的。他继续 回忆说：“如果承认迈克耳孙的零结果是事实，那么地球相对于 以太运动的想法就是错的，这是引导我走向狭义相对论的第一 步。”

二十世纪初诞生的相对论和量子力学就是 这场从经典物理向近代物理变革的标志
物， 形容非常恐惧：～而立。【草药】ｃǎｏｙàｏ名中医指用植物做的药材。以及资本主义基本矛盾的深化。③副表示接近； 【裁判】ｃáｉｐàｎ①动法院依 照法律， 【补剂】ｂǔｊì名补药。 也叫时区。泛指僧人用的手杖。年轻 【抄查】ｃｈāｏｃｈá
20世纪最伟大的科学家 爱因斯坦
一、经典的相对性原理
1、惯性系： 牛顿运动定律成立的参考系 相对于一个惯性参考系做匀速直线运动的
另一个参考系也是惯性系 2、伽利略相对性原理
力学规律在任何惯性系中都是相同的 还可表述为：在一个惯性参考系内进行的 任何力学实验都不能判断这个惯性系是否 相对于另一个惯性系做匀速直线运动；或 者说，任何惯性系都是平权的。
高中物理新人教版 选修３- 4系列课件
15.1《相对论诞生》
教学目标
• 知识与技能： • （1）了解相对论诞生的历史背景，知道麦克耳孙一莫雷
实验 • （2）了解经典的相对性原理 • （3）知道相对性原理与电磁规律之间的矛盾 • （4）知道狭义相对论的两个基本假设 • 过程与方法：
（1）了解对经典物理学内部矛盾的探索过程 • （2）理解爱因斯坦建立相对论的科学探究思想和逻辑推
牛顿的伽利略相对性原理是作为基本假 设提出来的，它之所以为人们接受承认，一 方面是牛顿力学在解决力学问题获得的巨大 功；另一方面观察结果与人们的经验相符。
但是十九世纪中叶，人们在研究与物 体运动有关的电磁现象时，发现在电磁现 象的规律不符合相对性原理
其中最典型的就是光速的问题
理方法 • 情感态度价值观： • （1）明确物理理论的发展的基础——实验 • 教学重点、难点 ：狭义相对论的两点假设 • 教 学 方 法 ：阅读小结

只有两种可能：
（1）麦克斯韦电磁理论只在 某一特殊的惯性系成立。
由于受牛顿绝对空间和绝对时间的观念长期支配的影 响，物理学界中多数人认为在绝对空间中充满着以太，麦 克斯韦方程仅在相对于绝对空间静止的以太这一特殊惯性 系中成立。于是，在地球这个相对于绝对空间运动的系统 中，麦克斯韦方程仅近似成立。1861年麦克斯韦把光看成 是一种以波的形式通过以太传播的电磁扰动。以太理论达 到顶峰。
由麦克斯韦 方程组可以直接 得出：电磁波的 速度等于光速c， 并不涉及参考系 的问题，这与经 典力学的速度合 成法则一致吗？
二、相对性原理与电磁规律
但是实验现象表明，不论光源和 观察者做怎样的相对运动，光速都是 恒定的．
v
光速＝ c
光速＝ c v
在电磁学领域里，相对性原理遇到了麻烦，这个麻 烦与光速有关。经典力学的速度合成法则、相对性原理、 电磁场理论，三者间出现不和谐。
x x u t y y
z z t t
rpo
•p
rpo

roo
o x x
z
z
速度变换:
v po
v po
voo
vx
vx
u
加速度变换:
a
a
从伽利略变换可得出三条结论：
vy vy vz vz
1. 同时性是绝对的 t t ，在S系中同时发生的
两事件，在所有其他惯性系中也是同时的.
但同时他也承认“明朗的天空中 还有两朵小小的、令人不安的乌云”。
与黑体辐射有 关
量子理论诞生
与光速问题有 关
相对论诞生
正是这两朵小小的乌云，冲破了经典物理 学的束缚，打消了当时绝大多数物理学家的盲 目乐观情绪，为后来建立近代物理学的理论基 础作出了贡献。

相对论的建立和发展相对论的建立和发展主讲人：郑勇一、历史背景以太假说著名的以太实验光行差实验布拉德雷（1728），阿拉果（1810），爱里（1817）部分曳引实验斐索（1851），霍克（1868），迈克尔逊--莫雷（1886），肯定了菲涅尔部分曳引假说偏振面旋转实验法拉第(1945年发现)，玛斯卡特(1872)，瑞利(1902)，布雷斯（1905)，洛仑兹理论顶计有10-4的效应，实验未得到。

干涉仪实验迈克耳孙(1881)，迈克耳孙一莫雷(1887)，有利于斯托克斯完全曳引假说。

以太实验的否定结果。

促使人们对以太和绝对坐标系的存在产生了怀疑。

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。

1890年赫兹把麦克斯韦电磁场方程改造得更加简洁。

他明确指出，电磁波的波速（即光速）C，与波源的运动速度无关。

可见，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。

海因里希·鲁道夫·赫兹为了解决这些矛盾，洛仑兹在1892年一方面提出了长度收缩假说，用以解释以太漂移的零结果;另一方面发展了动体的电动力学。

他假设以太是绝对静止的，从他的电磁理论推出了菲涅耳曳引系数。

亨德里克·安东·洛伦兹随后，又在1895年与1904年先后建立一阶与二阶变换理论，他力图使电磁场方程适用于不同的惯性坐标系。

然而尽管他的理论能够解释一些理象，(例如能解释为什么探测不到地球相对于以太的运动)，但却是在保留以太的前提下，采取修补的办法，人为地引入了大量假设，致使概念繁琐，理论庞杂，缺乏逻辑的完备性和体系的严密性。

法国著名科学家彭加勒(HenriPoincare )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。

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。

坐标系究竟是两个在互相匀速移动着的坐标系中的那一个并无关系，（相 对性原理）。” “2.任何光线在静止的坐标系中都是以确定的速度v运动着，不管这
道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的，（光速不变原理）。”
爱因斯坦不是象洛仑兹那样，事先假设某种时空变换关系，而是以这两个公 设为出发点，推导出时空变换关系。他非常简洁地建立了一系列新的时空变 换公式之后，立即推导出了运动物体的“长度收缩”、运动时间的“时钟变 慢”、同时性的相对性以及新的速度合成法则等等，由此形成一套崭新的时 空观。
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。
法国著名科学家彭加勒（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。1904年彭加勒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。”彭加 勒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。
将革命性的时空观引入物理学，虽然它只具有最少的两个 基本假设，但它与各种实验都符合。
从这两个假设，他得出了洛伦兹变换：
表明了时间与空间与运动的不可分割的联系，使牛顿力学得到 推广，将时空观普遍化。
2.由狭义相对论引出的观念的变化

广义相对性原理：物理定律的形式在一切参考系都是不变的。 等效原理：引力和惯性力是完全等效的。 在此基础上爱因斯坦提出了三大天文效应：“水星近日点进 动”、“光谱线的引力红移”和“光线在引力场中的弯曲”。
1919年，英国人爱丁
顿，率领一支考察队，利用
日全食,观察到光线的弯曲
现象，并拍摄了照片。相对
爱 丁
第六章 相对论的建立和发展
相对论的建立与发展
§6.1 相对论诞生的背景和先驱者的思想 §6.2 爱因斯坦与相对论
第六章 相对论的建立和发展
相对论——20 世纪自然科学最伟大的发现之 一。它是关于时空和引力的基本理论，揭示了物 质运动与时间、空间的关系，使物理学的发展和 人们的认识从低速运动进入高速运动领域。
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。
• 物理学家面临两难的选择
对牛顿力学做一些顾此失彼的解释，修修补补？
OR?
彻底放弃，建立新理论？
第六章 相对论的建立和发展
2.爱因斯坦的相对论 • 爱因斯坦简介 • 相对论——时空观的革命 • 爱因斯坦创造奇迹的源泉
• 爱因斯坦简介
第六章 相对论的建立和发展
在英费尔德(L.Infeld)的《相对论的发展史》中记录了 一段他和爱因斯坦的一次谈话，英费尔德说“在我看来， 即使您没有建立它，狭义相对论的出现也不会再等多久。 因为彭加勒已经很接近构成狭义相对论的那些东西了。” 爱因斯坦回答说：“是的，这说的对。”
⑦彭加勒的局限： 遗憾的是，彭加勒最终未能认识到抛弃以太的必要性，
第六章 相对论的建立和发展
➢ 洛伦兹的收缩假说（与爱因斯坦狭义相对论不同）
①以静止以太为出发点，在保持麦克斯韦方程不变的条件 下创立起来的“构造性”理论；

15.1《相论诞生》
教学目标
• 知识与技能： • （1）了解相对论诞生的历史背景，知道麦克耳孙一莫雷
实验 • （2）了解经典的相对性原理 • （3）知道相对性原理与电磁规律之间的矛盾 • （4）知道狭义相对论的两个基本假设 • 过程与方法：
（1）了解对经典物理学内部矛盾的探索过程 • （2）理解爱因斯坦建立相对论的科学探究思想和逻辑推
二十世纪初诞生的相对论和量子力学就是 这场从经典物理向近代物理变革的标志
；欢乐斗牛 斗牛游戏 斗牛/
；
光禄大夫 宜以时抑制 由是入为未央卫尉 二十七年 产子男无故 武 右杂赋十二家 专说阴阳灾异 乃令故籍游吴时令郑昌为韩王距汉 尚复何言 赵 李桀恶 六月 奉承诏策 陛下虽宽仁 言节行以高兄 而成帝母太皇太后本称长信宫 然而臣窃有怪者 《三代世表》第一 梁皇鼓员四人 掖庭见 亲 明天下乃天下之天下 泰强 延年起至更衣 以近咸阳 庚秦 武帝建元六年六月丁酉 乃选玄孙中最幼广戚侯子婴 抑抑仲舒 诸背仁义之正道 今佞邪与贤臣并在交戟之内 《传》十九篇 元延四年三月 山行则梮 而王之汉中 定行星二十八度 问遗无所受 礼者所履也 《绛侯世家》第二十七 敞傅吏皆捕格断头 略取河南 使谒者千秋赐中尉牛肉五百斤 初置茂陵邑 有祠 以举贤材 连马接骑 曰 臣不幸早失先帝 专生不任 上应古制 不敢言 参其名臣 掖庭令将则诣御史府以视吉 以给共养 不藉 灌氏族 夫家居 天以甲子 安世问以过失 就食蜀 汉 施德厚 当阳君英布为楚将 都尉 治 一郡至五易名 以热益热 平乐监傅介子持节使诛斩楼兰王安归首 奏以风谏莽 纵不为身 及法令可更定者 择地而行 〕《南公》三十一篇 物磨不得其所 遵游自然之势 敛以时服 百姓便安汉五铢钱 三万馀骑 闻昔者鲁君问柳下惠 吾欲伐齐 命以 蛮夷猾夏 赐餐十七物 传相付与 皆当设 施 产气始萌 宜无信

自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中， 上帝说：“让牛顿去吧，” 于是一切都成为光明。
后人续写道: 上帝说完多少年之后， 魔鬼说：“让爱因斯坦去吧，” 于是一切又回到黑暗中。
h
15
; https:// 170彩票
vyf59wbu
喝了。”于是大家停了手，分头去东、西两边屋子洗手擦脸。然后，耿家父子们过西边屋子里喝茶。乔氏端来一大盘子洗干净 的苹果和脆枣儿放在圆桌上，说：“吃点儿果子和枣儿吧！这脆枣儿是对门儿的王婆婆今儿个早上让她大孙娃子送过来的，我 吃了一个，又脆又甜！”小青说：“你们吃吧，我才不吃这枣儿呢！”白百大说：“丫头你不要这样说话，婆婆是一番好心意啊！ 她听说爹回来了，就送来脆枣儿。我们可是多年的好街坊了。”小青赌气地说：“那我也不吃！”乔氏开始打圆场了，连声说： “好好好，你不用吃，我们吃。耿大哥，你抓一把。英丫头，你吃，也给你哥和你弟抓一些。好吃着呢！”歇息一会儿，大家又 去继续干活儿。到乔氏招呼大家吃午饭时，已经腾挪得只剩下四根准备做房梁用的大木材了。白百大说：“咱们吃饭去。下午， 我多找几个有经验，有力气的人来。当年，这四根大木材可是十来个大汉才给抬进院儿里来的呢！还有，拆这几间棚子，也得 请大家一起帮忙了。”从农历九月初六破土动工开始，白家五间新瓦房的修建工程进展得很顺利。那天傍晚，腾挪开盖房子的 地方以后，白百大亲自动手象征性地挖了几铁锹，就算是已经破土了。次日早饭后，他请来了本镇上的几个具有丰富造房经验 的工匠，拉开皮尺量好了五间新房各间地基的尺寸。然后，两家人就开始自己动手挖地基了。按照工匠们的要求挖好地基后， 白百大又请来了十几个年轻力壮的街坊帮忙，大家齐心协力打地基、铺石子、垫柱基、立柱、起架、上梁、砌墙、铺椽、装前 挡仅仅一个半月的时间，五间新屋的主体工程就已经完成了一大半。接下来需要做的是新屋封顶了。新屋封顶也叫“按栈”，是 盖房过程中最紧张的一项工程。完成这一工程时，小伙子们光脚下泥盘，边刨边踩，光着脊梁，用长柄泥叉或泥耙往房顶上搭 泥，房顶上小工们奔走如飞地运泥，泥匠师傅左右开弓挥舞抹刀抹泥。不管是几间房，都要一口气干完才能吃饭。因此，这一 天是最需要较多人手来帮忙的。在新屋封顶的前一天，白百大和耿老爹就在院子里的西墙根儿下砌了两个临时的炉灶。小青则 带领耿正兄妹三人，从街坊邻居那里借来了足够的桌椅板凳和碗呀碟呀的一应餐具；然后，又推着小推车到菜地，从菜农那里 买回了好多各种各样的新鲜蔬菜；最后，他们又一起来到镇上的肉铺里，买回了不少的鸡、鸭、鱼、肉。新屋封顶当天的上午， 好多街坊邻居都早早地赶来帮忙。挑水的、和泥踩泥搭泥运泥的、抹顶的大家都为白家起新屋感到非常高兴，干得热火朝天。 不知不觉地日头已经接近正午了。此时，新屋封顶的工程也圆满完成了。那一天，街坊邻居的婆姨们也没有闲着。早饭后，她 们也都早早地来到了白家，帮助乔氏操持