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浅谈相对论

浅谈相对论
浅谈相对论

海南大学三亚学院

《科技应用文写作》

论文(设计)题目:浅谈爱因斯坦的相对论

分院:理工分院

专业(方向):通信工程

年级、班级:通信0801 学生学号: 0810730075 学生姓名:李星亮

指导老师:杨大全

2011 年 6 月 8日

目录

1 概述

1.1 相对论的概念 (1)

1.2 爱因斯坦的简介 (1)

1.3 狭义与广义相对论的分野 (2)

1.4 狭义相对论 (2)

1.5 广义相对论 (3)

1.6 相对论的应用及其对物理学发展的影响 (4)

2 相对论公式及其证明

2.1 单位符号 (5)

2.2 牛顿力学 (5)

2.3 狭义相对论力学 (6)

2.4三维证明 (6)

3 光弯曲的解析

3.1光线在引力场中的弯曲 (8)

3.2弯曲时空 (9)

4 相对论的时空观

4.1 基础理论 (10)

4.2对时空观的探索 (11)

5 结论 (12)

浅谈爱因斯坦的相对论

1绪论

1.1相对论的概念

相对论(英语:Theory of relativity)是关于时空和引力的理论,主要由爱因斯坦创立,依其研究对象的不同可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,它们共同奠定了近代物理学的基础。相对论极大的改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念,提出了“同时的相对性”、“四维时空”、“弯曲时空”等全新的概念。不过近年来,人们对于物理理论的分类有了一种新的认识——以其理论是否是决定论的来划分经典与非经典的物理学,即“非经典的=量子的”。在这个意义下,相对论仍然是一种经典的理论。

1.2 爱因斯坦的简介

爱因斯坦(1879-1955)是20世纪最伟大的自然科学家,物理学革命的旗手。1879年 3月14日生于德国乌耳姆一个经营电器作坊的小业主家庭。一年后,随全家迁居慕尼黑。父亲和叔父在那里合办一个为电站和照明系统生产电机、弧光灯和电工仪表的电器工。在任工程师的叔父等人的影响下,爱因斯坦较早地受到科学和哲学的启蒙。1894年,他的家迁到意大利米兰,继续在慕尼黑上中学的爱因斯坦因厌恶德国学校窒息自由思想的军国主义教育,自动放弃学籍和德国国籍,只身去米兰。1895年他转学到瑞士阿劳市的州立中学;1896年进苏黎世联邦工业大学师范系学习物理学,1900年毕业。由于他的落拓不羁的性格和独立思考的习惯,为教授们所不满,大学一毕业就失业,两年后才找到固定职业。1901年取得瑞士国籍。1902年被伯尔尼瑞士专利局录用为技术员,从事发明专利申请的技术鉴定工作。他利用业余时间开展科学研究,于1905年在物理学三个不同领域中取得了历史性成就,特别是狭义相对论的建立和光量子论的提出,推动了物理学理论的革命。同年,以论文《分子大小的新测定法》,取得苏黎世大学的博士学位。1908年兼任伯尔尼大学编外讲师,从此他才有缘进入学术机构工作。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M.普朗克和W.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。1920年应H.A.洛伦兹和P.埃伦菲斯特(即P.厄任费斯脱)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。

他所作的光线经过太阳引力场要弯曲的预言,于1919年由英国天文学家A.S.爱丁顿等人的日全食观测结果所证实,全世界为之轰动,爱因斯坦和相对论在西方成了家喻户晓的名词,同时也招来了德国和其他国家的沙文主义者、军国主义者和排犹主义者的恶毒攻击。1933年1月纳粹攫取德国政权后,爱因斯坦是科学界首要的迫害对象,幸而当时他在美国讲学,未遭毒手。3月他回欧洲后避居比利时,9月9日发现有准备行刺他的盖世太保跟踪,星夜渡海到英国,10月转到美国普林斯顿,任新建的高级研究院教授,直至1945年退休。1940年他取得美国国籍。1939年他获悉铀核裂变及其链式反应的发现,在匈牙利物理学家L.西拉德推动下,上书罗斯福总统,建议研制原子弹,以防德国占先。第二次世界大战结束前夕,美国在日本两个城市上空投掷原子弹,爱因斯坦对此强烈不满。战后,为开展反对核战争的和平运动和反对美国国内法西斯危险,进行了不懈的斗争。1955年 4月18日因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱,不举行任何丧礼,不筑坟墓,不立纪念碑,骨灰撒在永远对人保密的地方,为的是不使任何地方成为圣地。

1.3 狭义与广义相对论的分野

传统上,在爱因斯坦刚刚提出相对论的初期,人们以所讨论的问题是否涉及非惯性参考系来作为狭义与广义相对论分类的标志。随着相对论理论的发展,这种分类方法越来越显出其缺点——参考系是跟观察者有关的,以这样一个相对的物理对象来划分物理理论,被认为较不能反映问题的本质。目前一般认为,狭义与广义相对论的区别在于所讨论的问题是否涉及引力(弯曲时空),即狭义相对论只涉及那些没有引力作用或者引力作用可以忽略的问题,而广义相对论则是讨论有引力作用时的物理学的。用相对论的语言来说,就是狭义相对论的背景时空是平直的,即四维平凡流型配以闵氏度规,其曲率张量为零,又称闵氏时空;而广义相对论的背景时空则是弯曲的,其曲率张量不为零。

1.4 狭义相对论

爱因斯坦在他1905年的论文《论动体的电动力学》中介绍了其狭义相对论。狭义相对论建立在如下的两个基本公设上:

狭义相对性原理(狭义协变性原理):一切的惯性参考系都是平权的,即物理规律的形式在任何的惯性参考系中是相同的。这意味着物理规律对于一位静止在实验室里的观察者和一个相对于实验室高速匀速运动着的电子是相同的。

光速不变原理:真空中的光速在任何参考系下是恒定不变的,这用几何语言可以表为光子在时空中的世界线总是类光的。也正是由于光子有这样的实验性质,在国际单位制中使用了“光在真空中1/2,9979,2458秒内所走过的距离”来定义长度单位“米”(米)。

在狭义相对论提出以前,人们认为时间和空间是各自独立的绝对的存在。而爱因斯坦的相对论首次提出了时空的概念,它认为时间和空间各自都不是绝

对的,而绝对的是一个它们的整体——时空,在时空中运动的观者可以建立“自己的”参照系,可以定义“自己的”时间和空间(即对四维时空做“3+1分解”),而不同的观者所定义的时间和空间可以是不同的。具体的来说,在闵氏时空中,而如果一个惯性观者(G)相对于另一个惯性观者(G')在做匀速运动,则他们所定义的时间(t与t')和空间({x,y,z}与{x',y',z'})之间满足洛伦兹变换。而在这一变换关系下就可以推导出“尺缩”、“钟慢”等效应,具体见狭义相对论条目。

在爱因斯坦以前,人们广泛的关注于麦克斯韦方程组在伽利略变换下不协变的问题,也有人注意到过爱因斯坦提出狭义相对论所基于的实验(如光程差实验等),也有人推导出过与爱因斯坦类似的数学表达式(如洛伦兹变换),但只有爱因斯坦将这些因素与经典物理的时空观结合起来提出了狭义相对论,并极大的改变了我们的时空观。在这一点上,狭义相对论是革命性的。

1.5 广义相对论

爱因斯坦在1915年左右发表的一系列论文中给出了广义相对论最初的形式。他首先注意到了被称之为(弱)等效原理的实验事实:引力质量与惯性质量是相等的(目前实验证实,在10 ? 12的精确度范围内,仍没有看到引力质量与惯性质量的差别)。这一事实也可以理解为,当除了引力之外不受其他力时,所有质量足够小(即其本身的质量对引力场的影响可以忽略)的测验物体在同一引力场中以同样的方式运动。既然如此,则不妨认为引力其实并不是一种“力”,而是一种时空效应,即物体的质量(准确的说应当为非零的能动张量)能够产生时空的弯曲,引力源对于测验物体的引力正是这种时空弯曲所造成的一种几何效应。这时,所有的测验物体就在这个弯曲的时空中做惯性运动,其运动轨迹正是该弯曲时空的测地线,它们都遵守测地线方程。正是在这样的思路下,爱因斯坦得到了其广义相对论。

系统的说,广义相对论包括如下几条基本假设:

广义相对性原理(广义协变性原理):任何物理规律都应该用与参考系无关的物理量表示出来。用几何语言描述即为,任何在物理规律中出现的时空量都应当为该时空的度规或者由其导出的物理量。

爱因斯坦场方程(详见广义相对论条目):它具体表达了时空中的物质(能动张量)对于时空几何(曲率张量的函数)的影响,其中对应能动张量的要求(其梯度为零)则包含了上面关于在其中做惯性运动的物体的运动方程的内容。

在现有的广义相对论的理论框架下,等效原理是可以由其他假设推出。具体来说,就是如果时空中有一观者(G),则可在其世界线的一个邻域内建立的局域惯性参考系,而广义相对性原理要求该系中的克氏符(Christoffel symbols)在观者G的世界线上的值为零。因而现代的相对论学家经常认为其不应列入广义相对论的基本假设,其中比较有代表性的如Synge就认为:等效原理在相对论创立的初期起到了与以往经典物理的桥梁的作用,它可以被称之为“广义相对论的接生婆”,而现在“在广义相对论这个新生婴儿诞生后把她体面地埋葬掉”。

如果说到了二十世纪初狭义相对论因为经典物理原来固有的矛盾、大量的新实验以及广泛的关注而呼之欲出的话,那么广义相对论的提出则在某种意义下是“理论走在了实验前面”的一次实践。在此之前,虽然有一些后来用以支持广义相对论的实验现象(如水星轨道近日点的进动),但是它们并不总是物理学关注的焦点。而广义相对论的提出,在很大程度上是由于相对论理论自身发展的需要,而并非是出于有一些实验现象急待有理论去解释的现实需要,这在物理学的发展史上是并不多见的。因而在相对论提出之后的一段时间内其进展并不是很快,直到后来天文学上的一系列观测的出现,才使广义相对论有了比较大的发展。到了当代,在对于引力波的观测和对于一些高密度天体的研究中,广义相对论都成为了其理论基础之一。而另一方面,广义相对论的提出也为人们重新认识一些如宇宙学、时间旅行等古老的问题提供了新的工具和视角。

1.6相对论的应用及其对物理学发展的影响

相对论主要在两个方面有用:一是高速运动(与光速可比拟的高速),一是强引力场。

在医院的放射治疗部,多数设有一台粒子加速器,产生高能粒子来制造同位素,作治疗之用。由于粒子运动的速度相当接近光速(0.9c-0.9999c),故粒子加速器的设计和使用必须考虑相对论效应。

全球卫星定位系统的卫星上的原子钟,对精确定位非常重要。这些时钟同时受狭义相对论因高速运动而导致的时间变慢(-7.2 μs/日),和广义相对论因较(地面物件)承受着较弱的重力场而导致时间变快效应(+45.9 μs/日)。相对论的净效应是那些时钟较地面的时钟运行的快些。故此,这些卫星的软件需要计算和抵消一切的相对论效应,确保定位准确。

过渡金属如铂的内层电子,运行速度极快,相对论效应不可忽略。在设计或研究新型的催化剂时,经常用上电脑模拟。这些程式便用上了相对论。

相对论指出,光速是信息传递速度的极限。超级电脑的总线时脉一般不能超越30GHz,否则在脉冲到达超级电脑的另一处之前,另一脉冲就已经发出了。结果电脑内不同地方的元件会不协调。相对论为超级电脑的布线长度和时脉上限提供了理论基础。

由广义相对论推导出来的重力透镜效应,让天文学家可以观察到黑洞和不发射电磁波的暗物质,和评估质量在太空的分布状况。

值得一提的是,原子弹的出现并非由于著名的质能关系式(E=mc2)。质能

关系式只是解释原子弹威力的数学工具而已。

相对论直接和间接地催生了量子力学的诞生,也为研究微观世界的高速运动确立全新的数学模型。

2 相对论公式及其证明

2.1单位符号

坐标:M(X,Y,Z)力:NF(F)

时间:ST(T)质量:KGM(M)

位移:MR动量:KG*M/SP(P)

速度:M/SV(U)能量:JE

加速度:M/S^2A冲量:N*SI

长度:ML(L)动能:JEK

路程:MS(S)势能:JEP

角速度:RAD/Sω力矩:N*MM

角加速度:RAD/S^2α功率:WP

2.2牛顿力学

(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/R^2,G=6.67259*10^(-11)M^3/(KG*S^2)

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=EK2-EK1(合外力的功等于动能的变化)

机械能守恒:只有重力做功时,EK1+EP1=EK2+EP2

(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,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。)

2.3狭义相对论力学

(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。

(二)洛仑兹坐标变换:

X=γ(X-UT)

Y=Y

Z=Z

T=γ(T-UX/C^2)

(三)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))

(四)尺缩效应:△L=△L/γ或DL=DL/γ

(五)钟慢效应:△T=γ△τ或DT=Dτ/γ

(六)光的多普勒效应:ν(A)=SQR((1-β)/(1+β))ν(B)

(七)动量表达式:P=MV=γMV,即M=γM.

(八)相对论力学基本方程:F=DP/DT

(九)质能方程:E=MC^2

(十)能量动量关系:E^2=(E0)^2+P^2C^2

2.4三维证明

(一)由实验总结出的公理,无法证明。

(二)洛仑兹变换:

设(X,Y,Z,T)所在坐标系(A系)静止,(X,Y,Z,T)所在坐标系(B系)速度为U,

且沿X轴正向。在A系原点处,X=0,B系中A原点的坐标为X=-UT,即X+UT=0。可令X=K(X+UT),(1).又因在惯性系内的各点位置是等价的,因此K是与U有关的常数(广义相对论中,由于时空弯曲,各点不再等价,因此K不再是常数。)同理,B系中的原点处有X=K(X-UT),由相对性原理知,两个惯性系等价,除

速度反向外,两式应取相同的形式,即K=K.故有X=K(X-UT),(2).对于Y,Z,Y,Z 皆与速度无关,可得Y=Y,(3).Z=Z(4).将(2)代入(1)可得:X=K^2(X-UT)+KUT,即T=KT+((1-K^2)/(KU))X,(5).(1)(2)(3)(4)(5)满足相对性原理,要确定K需用光速不变原理。当两系的原点重合时,由重合点发出一光信号,则对两系分别有X=CT,X=CT.代入(1)(2)式得:CT=KT(C+U),CT=KT(C-U).两式相乘消去T 和T得:K=1/SQR(1-U^2/C^2)=γ.将γ反代入(2)(5)式得坐标变换:X=γ(X-UT)

Y=Y

Z=Z

T=γ(T-UX/C^2)

(三)速度变换:

V(X)=DX/DT=γ(DX-UT)/(γ(DT-UDX/C^2))

=(DX/DT-U)/(1-(DX/DT)U/C^2)

=(V(X)-U)/(1-V(X)U/C^2)

同理可得V(Y),V(Z)的表达式。

(四)尺缩效应:

B系中有一与X轴平行长L的细杆,则由X=γ(X-UT)得:△X=γ(△X-U△T),又△T=0(要同时测量两端的坐标),则△X=γ△X,即:△L=γ△L,△L=△L/γ

(五)钟慢效应:

由坐标变换的逆变换可知,T=γ(T+XU/C^2),故△T=γ(△T+△XU/C^2),又△X=0,(要在同地测量),故△T=γ△T.

(六)光的多普勒效应:

B系原点处一光源发出光信号,A系原点有一探测器,两系中分别有两个钟,当两系原点重合时,校准时钟开始计时。B系中光源频率为ν(B),波数为N,B系的钟测得的时间是△T(B),由钟慢效应可知,A△系中的钟测得的时间为△T(A)=γ△T(B),(1).探测器开始接收时刻为T1+X/C,最终时刻为T2+(X+V △T(A))/C,则△T(N)=(1+β)△T(A),(2).相对运动不影响光信号的波数,故光源发出的波数与探测器接收的波数相同,即ν(B)△T(B)=ν(A)△T(N),(3).由以上三式可得:ν(A)=SQR((1-β)/(1+β))ν(B).

(七)动量表达式:

牛二在伽利略变换下,保持形势不变,即无论在那个惯性系内,牛二都成立,但在洛伦兹变换下,原本简洁的形式变得乱七八糟,因此有必要对牛顿定律进行修正,要求是在坐标变换下仍保持原有的简洁形式。

牛顿力学中,V=DR/DT,R在坐标变换下形式不变,(旧坐标系中为(X,Y,Z)新坐标系中为(X,Y,Z))只要将分母替换为一个不变量(当然非固有时Dτ莫属)就可以修正速度的概念了。即令V=DR/Dτ=γDR/DT=γV为相对论速度。牛顿动量为P=MV,将V替换为V,可修正动量,即P=MV=γMV。定义M=γ

M(相对论质量)则P=MV.这就是相对论力学的基本量:相对论动量。(注:们一般不用相对论速度而是用牛顿速度来参与计算)

(八)相对论力学基本方程:

由相对论动量表达式可知:F=DP/DT,这是力的定义式,虽与牛二的形式完全一样,但内涵不一样。(相对论中质量是变量)

(九)质能方程:

EK=∫FDR=∫(DP/DT)*DR=∫DP*DR/DT=∫VDP=PV-∫PDV

=MV^2-∫MV/SQR(1-V^2/C^2)DV=MV^2+MC^2*SQR(1-V^2/C^2)-MC^2 =MV^2+MC^2(1-V^2/C^2)-MC^2

=MC^2-MC^2

即E=MC^2=EK+MC^2

(十)能量动量关系:

E=MC^2,P=MV,γ=1/SQR(1-V^2/C^2),E0=MC^2,可得:

E^2=(E0)^2+P^2C^2

3 光弯曲的解析

3.1 光线在引力场中的弯曲

1911年爱因斯坦在《引力对光传播的影响》一文中讨论了光线经过太阳附近时由于太阳引力的作用会产生弯曲。他推算出偏角为0.83″,并且指出这一现象可以在日全食进行观测。1914年德国天文学家弗劳德(E.F.Freundlich)领队去克里木半岛准备对当年八月间的日全食进行观测,

正遇上第一次世界大战爆发,观测未能进行。幸亏这样,因为爱因斯坦当时只考虑到等价原理,计算结果小了一半。1916年爱因斯坦根据完整的广义相对论对光线在引力场中的弯曲重新作了计算。他不仅考虑到太阳引力的作用,还考虑到太阳质量导致空间几何形变,光线的偏角为:α=1″.75R0/r,其中R0为太阳半径,r为光线到太阳中心的距离。

1919年日全食期间,英国皇家学会和英国皇家天文学会派出了由爱丁顿(A.S.FEddington)等人率领的两支观测队分赴西非几内亚湾的普林西比岛(Principe)和巴西的索布腊儿尔(Sobral)两地观测。经过比较,两地的观测结果分别为1″.61±0″.30和1″.98±0″.12。把当时测到的偏角数据跟爱因斯坦的理论预期比较,基本相符。这种观测精度太低,而且还会受到其他因素的干扰。人们一直在找日全食以外的可能。20世纪60年代发展起来的射电天文学带来了希望。用射电望远镜发现了类星射电源。1974年和1975年对类星体观测的结果,理论和观测值的偏差不超过百分之一。

3.2 弯曲时空

爱因斯坦在1905年既复活了光的微粒说,又维护了麦克斯韦电磁理论的正确性,但是他发觉自己进退维谷。关于辐射的这两个概念是相互矛盾的:如果光是由粒子组成,那么按照万有引力定律,它就会受别的物质影响,果若如此,光速又怎能如狭义相对论要求的那样是绝对恒星呢?

这个矛盾当然应归根于引力。引力在宇宙中无处不有,并使所有物质加速,而狭义相对论的惯性系是严格地没有加速度的。爱因斯坦很清楚这个症结,并认识到,要使引力能与狭义相对论的电磁时空相协调,首先必须重新理解“力”的概念本身。

牛顿万有引力定律要求一切物体都具有一种称为引力质量的内在属性,用以量度每个物体所能产生的引力。此外,牛顿还用三个基本定律概括了物体在任何力(引力或别的力)作用下的行为。第一定律简单地说就是笛卡儿的惯性原理:不受力的物体保持静止或作匀速直线运动;第二定律规定使一个物体加速的力与物体的加速度和质量都成正比(即人们熟知的公式F=ma);第三定律陈述作用与反作用的平等性:每一个力(例如人推墙的力)都伴之以一个大小相等、方向相反的力(墙也推人)。所以,牛顿的力是使物体偏离其惯性运动的原因。物体总是反抗对其惯性状态的改变,这种反抗由其惯性质量来量度。按照这个思路,万有引力同其他任何力一样,也是一种力,而引力质量之于引力恰如电荷之于电力。

惯性质量相同而带电荷不同的物体在同一电场中受到不同的加速,因而在牛顿理论中就没有理由认为引力质量和惯性质量必定相等。但是,伽利略和牛顿所观察到的引力的基本性质,正是地心引力同样地加速所有物体,而与物体的惯性质量或引力质量、体积以及化学性质都无关。一片羽毛、一个分子或是一块砖,在地球表面附近释放后都同样具有约9.8米/秒的加速度(也就是说,假如没有空气阻力,它们的速度每秒钟都增加9.8米/秒,在第一秒末是9.8米/秒,在第二秒末是19.6米/秒,等等。这个恒定的加速度正是地球表面的引力加速度)。

这意味着,不仅根本不存在“引力中性”的物体,而且所有物体都具有完全一样的相应引力荷。这只有在引力质量与惯性质量严格相等时才可能。这种相等性于是被接受为一条公理,称为等效原理。这种相等起初被认为只是近似的,后来却经受住了整个科学史上最高精度的核查。

匈牙利男爵罗兰?万?厄伍(Lorandvon E6tvbs)先在1889年,后又在1922年对等效原理作了验证,精度达十亿分之一。现在,检验精度已经提高了1000倍。由于一个物体中的所有能量都对惯性质量有贡献(把电子和核束缚在原子中的电磁能就很显然),我们就能得出结论:所有能量都有重量,尤其是,光也有重量。

爱因斯坦意识到,等效原理是理解引力的关键。引力与电磁力大不相同,包括进引力,将给狭义相对论带来实质性的扩充。让我们来进一步考虑等效原理的物理意义。

在爱因斯坦看来,引力质量与惯性的等效只是一个更强得多的等效性的弱形式,而强等效性是把均匀引力和加速统一起来。爱因斯坦指出:

1.任何加速都相当于引力:一个坐在加速度与地心引力(即g=9.8米/秒’)相等的飞船里的人感觉不出与站在地面上有什么区别。

2.引力的作用可以通过选择一个适当的加速参考系来消除。他的著名例子是一架突然断了缆绳的电梯,其中的人将觉得失重,与在太空中已脱离地球引力的人的感觉一样。我们在这里看到引力与自然界所有其他的力(如电力)之间的巨大差异。不可能用加速来冒充电力,因为一个电场中的物体并不受到同样的加速,加速度与物体的电荷有关。准确地说,引力实际上不是一种作用于时空中的不同物体之间的力,而是时空自身的一种性质。引力对人们早已熟悉的时空结构摧毁性地入侵的结果,就是广义相对论。

4 相对论的时空观

4.1 基础理论

爱因斯坦明确指出:在他的理论中,以太的概念是完全多余的,因为这里不需要绝对静止的参照系。以这两个公设为出发点,很容易推导出著名的洛伦兹变换关系。进而给出:运动时钟的时间延缓、同时性的相对性等一系列结论,由此构成了一套崭新的时空观。

尽管狭义相对论取得了许多惊人的成就并且已经写进了大学物理和中学物理的教材中,又有著名的实验辅证。如:横向多普勒效应实验、高速运动粒子寿命的测定、携带原子钟的环球飞行实验等。但是质疑相对论的呼声从其一诞生就一直没有停止过。简单的在谷歌搜索中输入‘相对论的错误’结

果竟然有26万之多,这还不包含其它类似关键词和其它语言的检索结果。对一个辉煌的科学理论的质疑声音之高恐怕是前所未有的。一些学者认为:只要承认光速不变原理,便可严密地推得洛伦兹变换,获得一系列的有价值的结论,逻辑上是无懈可击的。即使相对论存在错误,也要通过实验手段检验光速不变原理的正确性,而不可能通过逻辑关系发现它的错误。质疑者都是没有理解和掌握相对论。就目前的技术而言是无法直接检验光速不变原理的对错的。正如无法证明外星人的是否存在一样。

作者经过近二年来对狭义相对论的思考,发现事实并非如此。相对论的逻辑矛盾在于洛伦兹变换只能适合两个惯性系中的‘点’对‘点’的位置与时间的变换关系。而推广到有一定大小的实体时将不再成立的。例如:当静系的‘公共时间’为0的时刻,观测到动系中的一个点的‘公共时间’为0,这样的结论是正确的。但无实际意义,仅是个数学的游戏。而实际的物理测量要求观测到动系的一个时钟显示的动系的‘公共时间’为0,这显然是违背了同时的相对性,是不可能的。

4.2 对时空观的探索

相对论的时空观取得惊人的成就的同时也带来了很多矛盾。有的被解释为佯谬,像双生子、潜水艇等。有的似乎是不可调和。比如,根据“论动体的电动力学”中的多普勒效应公式。很容易发现:在横向多普勒效应的结论中,前提需要的两个惯性系的时间间隔关系与得到光波周期所代表的时间间隔存在着自相矛盾。这不能不让我们怀疑相对论时空观的真实性。

尽管有许多学者相信,只要光速不变原理的假定是正确的,相对论给出的结论就是无懈可击的。其实未必如此,相对论的一些结论未必是严格的逻辑结论。正如我们上面讨论的两个惯性系的‘对钟’问题。实际上,按照相对论的理论我们在两个惯性系之间是不能‘对钟’也不能‘对尺’的。

实际上,光速不变原理只有事件发生在‘点’的条件下才能成立。而实际物理问题都是发生在有一定大小的空间内,这时洛伦兹变换的结论会否定光速不变原理。也就是当k系的有一定大小的空间τ时刻发出光波时,K系

则无确定的时刻与之对应,因此光速不变原理将不在成立。

5结论

狭义相对论和广义相对论建立以来,已经过去了很长时间,它经受住了实践和历史的考验,是人们普遍承认的真理。相对论对于现代物理学的发展和现代人类思相的发展都有巨大的影响。相对论从逻辑思想上统一了经典物理学,使经典物理学成为一个完美的科学体系。狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系,指出它们都服从狭义相对性原理,都是对洛伦兹变换协变的,牛顿力学只不过是物体在低速运动下很好的近似规律。广义相对论又在广义协变的基础上,通过等效原理,建立了局域惯性长与普遍参照系数之间的关系,得到了所有物理规律的广义协变形式,并建立了广义协变的引力理论,而牛顿引力理论只是它的一级近似。这就从根本上解决了以前物理学只限于惯性系数的问题,从逻辑上得到了合理的安排。相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念,给出了科学而系统的时空观和物质观,从而使物理学在逻辑上成为完美的科学体系。

狭义相对论给出了物体在高速运动下的运动规律,并提示了质量与能量相当,给出了质能关系式。这两项成果对低速运动的宏观物体并不明显,但在研究微观粒子时却显示了极端的重要性。因为微观粒子的运动速度一般都比较快,有的接近甚至达到光速,所以粒子的物理学离不开相对论。质能关系式不仅为量子理论的建立和发展创造了必要的条件,而且为原子核物理学的发展和应用提供了根据。

广义相对论建立了完善的引力理论,而引力理论主要涉及的是天体。到现在,相对论宇宙学进一步发展,而引力波物理、致密天体物理和黑洞物理这些属于相对论天体物理学的分支学科都有一定的进展,吸引了许多科学家进行研究。

一位法国物理学家曾经这样评价爱因斯坦:“在我们这一时代的物理学家中,爱因斯坦将位于最前列。他现在是、将来也还是人类宇宙中最有光辉的巨星之一”,“按照我的看法,他也许比牛顿更伟大,因为他对于科学的贡献,更加深入地进入了人类思想基本要领的结构中。”

爱因斯坦的相对论

篇名 愛因斯坦的相對論 作者 郭展嘉。國立虎尾高中。一年三班申建霖。國立虎尾高中。一年三班李憲昌。國立虎尾高中。一年三班

在我們的國中階段物理化學課已經學到了不少科學家與物理學家,上了高中之後,我們最常聽到的物理學家的名字就是屬於「愛因斯坦」了! 因為他的相對論造成了革命性的變化〈至今還沒有人能夠推翻他的學說〉,也是因為之前有人想解剖他的腦袋做觀察他為什麼會那麼地聰明,所以引發我們想了解他的動機;也剛好有這個小論文的機會所以我們國文老師指派了一個任務給我們班所有人,藉著這次機會我開始和組員一起開始對愛因斯坦做了更深入的研究。 貳●正文 一.愛因斯坦生平簡介 01.1902年任職於瑞士專利局,工作乏味,下班後在家中進行自已所喜 歡的研究。 02. 在他26歲時,也就是1905年,愛因斯坦共計發表了3篇論著{光電效應、分子論的布朗運動、電力學的相對論},其中第二篇光電效應使他在1921年榮獲諾貝爾物理獎。最引人注目的是他所提出相對論的質量和能量的關係,這兩者是一體的兩面,可以互相轉換,這導致核能的實現(質量的損失可以轉變成能量)。 03. 1912年秋天愛因斯坦回瑞士母校任教,他的座右銘為「研究的目的在追求真理」,時常告誡學生不要選擇輕鬆的途徑。 04. 在一九一五年十一月四日向柏林科學院提出有名的「廣義相對論」。其中曾斷言太陽的重力場會使通過太陽附近的星光彎曲,但是平常陽光太強無法觀測。按照當時一般的看法,光既非物質點所組成,在太陽的重力場裏,光理應以直線進行,不應該受到太陽的影響。愛因斯坦不尋常的主張自然引起了爭論,幸好愛因斯坦的理論終於找到了個試驗的機會。 05. 1938年德國在希特勒統治下已經發現以中子撞擊鈾會產生核分裂 的現象。美國科學家乃上書羅斯福總統,由愛因斯坦具名簽署,信中建議展開鈾實際用途的研究,終於研製出核武器。第二次世界大戰戰後愛因斯坦倡議原子能的和平用途,阻止戰爭的再發生。為本世紀的科學巨人。〈註一〉

比较相对论时空观和牛顿经典时空观

比较相对论时空观和牛顿经典时空观,浅谈科学发展中的肯 定与否定 “天地万物之逆旅,光阴者百代之过客”,人类生存于天地之间,漫步于时间长河,对于时间与空间的思考萦绕于一代又一代人的心头。随着人类文明的发展,人们对时空观的认识也在不断变化,在这其中相对论时空观和牛顿经典时空观是公认的科学史上有很大影响力的时空观,下面我就对这二者进行比较,谈一谈人类科学发展中的“肯定”与“否定”。 首先,从理论基础来看这两个时空观。这两个时空观是建立在不同的理论基础之上的。牛顿的经典时空观是以经典力学为基础建立起来的,爱因斯坦提出的相对论时空观是以光速c不变为理论基础。 其次,从内容来看这两个时空观。由于二者理论基础的不同,这也就决定了这两个时空观内容的截然不同。这就像种下两个种类不同的种子,那最后长出来的东西肯定是不同的。这两个时空观对时间和空间与物质的关系看法不同。牛顿经典时空观是绝对时空观,认为时间和空间与物质及其运动无关,时间坐标系和空间坐标系是完全脱离物质而独立存在的,时间间隔和空间间隔在不同的惯性系中保持不变,即时间空间观念与物质运动状态无关。而相对论时空观认为有物质才有时间和空间,时间和空间与物体的运动状态有关。这两个时空观对时间与空间的关系看法也不同。牛顿经典时空观认为时间和空间彼此无关,独立各自。而相对论时空观则恰恰相反,它认为两个时间在不同的惯性系看来,它们的空间关系是相对的,时间关系也会是相

对的,时间和空间不是互相独立的而是彼此不可分解的整体,只有空间和时间联系在一起才有意义,光速c是建立不同惯性系间的时间和空间变换的纽带。 毋庸置疑,事实是唯一的,然而这两个时空观却给出了迥然不同的答案。我们是不是能够肯定一方而否认另一方呢?我认为不能。虽然相对论时空观得到了大多数人的认可,但我们不能否定牛顿经典时空观。它为科学的发展做出了重要的贡献。自十七世纪,牛顿力学不断发展并取得巨大成就,以牛顿力学为基础建立了天体力学和应用力学等等。从地面上的各种物体运动到各种现代化交通工具以及天体的运动,都服从牛顿力学规律,这充分说明了牛顿力学规律的正确性。值得指出的是,牛顿的力学为十八世纪的工业革命及其之后的机器生产准备了科学理论。马克思曾经认为,在十八世纪臻于完善的力学是“大工业的真正科学的基础。”毫无疑问,当时这个“科学的基础”的最主要而且也是最重要的部分是牛顿的力学。牛顿的经典力学体系和他的方法论使物理学在十八、十九世纪期间得以迅速发展,并成为那时理论物理学的纲领或规范。迄至今日,人们关于自然过程的物理认识都可以看作是牛顿思想的一种系统的发展。到十九世纪末,牛顿经典力学在解释新实验事实时遇到了困难。相对论的提出成功的解决了这一问题,揭露了时间和空间某种普遍而新颖的联系,引起了人类时空观的变革,为现代科学技术的发展奠定了牢固的基础。这两个时空观各有其各自的价值,没有谁对谁错,我们不能单纯的肯定与否定。这看似不符合逻辑,但在很多时候我们是不能简单的肯定或否定的,

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( )

爱因斯坦相对论-论动体的电动力学(中文版)

论动体的电动力学 大家知道,麦克斯韦电动力学——象现在通常为人们所理解的那样——应用到运动的物体上时,就要引起一些不对称,而这种不对称似乎不是现象所固有的。比如设想一个磁体同一个导体之间的电动力的相互作用。在这里,可观察到的现象只同导休和磁体的相对运动有关,可是按照通常的看法,这两个物体之中,究竟是这个在运动,还是那个在运动,却是截然不同的两回事。如果是磁体在运动,导体静止着,那么在磁体附近就会出现一个具有一定能量的电场,它在导体各部分所在的地方产生一股电流。但是如果磁体是静止的,而导体在运动,那么磁体附近就没有电场,可是在导体中却有一电动势,这种电动势本身虽然并不相当于能量,但是它——假定这里所考虑的两种情况中的相对运动是相等的——却会引起电流,这种电流的大小和路线都同前一情况中由电力所产生的一样。 堵如此类的例子,以及企图证实地球相对于“光煤质”运动的实验的失败,引起了这样一种猜想:绝对静止这概念,不仅在力学中,而且在电动力学中也不符合现象的特性,倒是应当认为,凡是对力学方程适用的一切坐标系,对于上述电动力学和光学的定律也一样适用,对于第一级微量来说,这是已经证明了的。我们要把这个猜想(它的内容以后就称之为“相对性原理”)提升为公设,并且还要引进另一条在表面上看来同它不相容的公设:光在空虚空间里总是以一确定的速度C 传播着,这速度同发射体的运动状态无关。由这两条公设,根据静体的麦克斯韦理论,就足以得到一个简单而又不自相矛盾的动

体电动力学。“光以太”的引用将被证明是多余的,因为按照这里所要阐明的见解,既不需要引进一个共有特殊性质的“绝对静止的空间”,也不需要给发生电磁过程的空虚实间中的每个点规定一个速度矢量。 这里所要闸明的理论——象其他各种电动力学一样——是以刚体的运动学为根据的,因为任何这种理论所讲的,都是关于刚体(坐标系)、时钟和电磁过程之间的关系。对这种情况考虑不足,就是动体电动力学目前所必须克服的那些困难的根源。 一运动学部分 §1、同时性的定义 设有一个牛顿力学方程在其中有效的坐标系。为了使我们的陈述比较严谨,并且便于将这坐标系同以后要引进来的别的坐标系在字面上加以区别,我们叫它“静系”。 如果一个质点相对于这个坐标系是静止的,那么它相对于后者的位置就能够用刚性的量杆按照欧儿里得几何的方法来定出,并且能用笛卡儿坐标来表示。 如果我们要描述一个质点的运动,我们就以时间的函数来给出它的坐标值。现在我们必须记住,这样的数学描述,只有在我们十分清楚地懂得“时间”在这里指的是什么之后才有物理意义。我们应当考虑到:凡是时间在里面起作用的我们的一切判断,总是关于同时的事件的判断。比如我说,“那列火车7点钟到达这里”,这大概是说:“我的表的短针指到7 同火车的到达是同时的事件。”

浅谈职场制胜相对论

浅谈职场制胜相对论 有这么一个故事,说两个人在森林里面遇到一头熊,A 立即拼命的跑,B就说啦:你这么拼命干啥?你还能跑得过熊?A说:我只要跑得过你就行了。 A凭什么活下来?就凭能比B跑得快一点。在这个故事中,相对论的运用救了A的性命;其实,在我们职场中相对论问题无处不在,熟练掌握相对论你将游刃有余! 这里的新人通指新入职的员工,不管你是菜鸟还是高管,你都会考虑一些问题:我该怎么样活下去?我以什么打动老板?我该怎么工作…… 这里的相对论构成是:老板是狗熊,你的前任是你的对手! 这里有两个问题我们要辩证的认识: 其一,确认前任的短处比继承前任的长处要重要。老板换人一般就是因为前面的人有了他不能忍受的短处,如果你不知道老板对前任有什么不满意,哪怕你把前任的长处全部继承了,你对老板换人来说是没有意义的。 其二,突出自己改善前任缺点的能力比以自我为中心、盲目发挥自己的长处要重要。老板换了一个人后一般最先关注的是能否立竿见影的改善工作,这个时候你优先突出什么能力就显得很重要。 在职场中你有时可能面对一种工作,这个工作你以前没

有做过、公司以前也没有人做过,你该怎么做呢? 这里的相对论构成是:老板是狗熊,老板的底线是你的对手! 首先,你认清楚老板的底线比知道老板的期望要重要;其次,优先计划确保底线达标比力图全面实现要重要。 对一个陌生工作而言,难是难在你没有参考做法,但是,好也就好在你没有参考业绩。只要你能确保实现底线,因为大家也缺乏对业绩的衡量标准,一般还是能接受的。 职场人员时时刻刻面临着竞争,这种竞争来源于自己的同事、来源于行业内的同行,更来源于自我对回报的不断要求,这些都要求你必须不断的做到更好。该如何自我提升呢? 这里的相对论构成是:市场是狗熊,同事/同行/自我是你的对手! 实现自我提升你需要两个习惯: 首先,凡事不管大小一定用自己最大的努力去做,拿出自己最完美的作品。不应该停留在按要求、按部就班的去做,满足于取得一个还过得去的成绩。 其次,面对同事/同行/自我以前的作品,必须强迫自己去找出进一步改善点。改善不在乎大小,勿以善小而不为,关键是只有不断的改善才会有你不断的进步,才能积少成多。 公司与公司也存在永恒的竞争,该学习对手超越对手吗?该埋头完善自我而自然而胜吗?该什么时候该向对手发起

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?

关于爱因斯坦相对论论文

关于爱因斯坦相对论论文 屏幕上一闪而过的那趟高速列车使我的视网膜受到了前所未有的冲击,这趟列车最终以7圈/S的速度极速穿行在地球表面,竭尽全力的靠近光速,一种难以想象的实物运行速度…

当物体速度将达到光速的时候,时间的流速就会趋近于零,这种假设让我感觉到那种难以置信的速度,而且掺杂着一种无力去否认的人类现代科学研究。 本次的爱因斯坦相对论视频展又一次激起了我脑海里熄灭已久的一个念头,时光真正可以穿越吗 这让我想起一部自己非常喜欢的电影,由元彪、张曼玉主演的《急冻奇侠》。 明崇祯年间,淫贼凤三为祸京师,皇帝命凤三的师弟方守正追捕凤三。凤三偷取廖师门至宝黑玉佛,借此超越时空。不料被方所阻,两人双双跌下悬崖埋身雪地。1988年,两人的冻尸被地质队发现,准备运往美国进行研究,但途经香港时意外断电,两人苏醒过来,经历了一场穿越时空的生死搏斗…最终巧遇在港巡展的时光轮盘,借着时光隧道穿回了明朝。 时光可以穿梭,时间可以变慢,这一切还只是在理论与实践中摸爬滚打的科学假设~ 车内的时光明显变慢,也就是当物体速度将达到光速的时候,时间的流速就会趋近于零,这种假设真的让我感觉到那种难以置信的速度。 爱因斯坦狭义相对论证明高速旅行会使时间变慢,假定将来的某个时候,人们已解决了所有的技术难题,能够制造一艘以亚光速飞行的宇宙飞船,一定意义上的时间旅行就变成可能了。如果飞船以亚光速从地球出发向遥远的星系飞去,来回的旅程仅仅几年(按飞船上的时间),但在此期间地球上却已过去了几千年,一切都发生了天翻地覆的变化。如果人类文明依然还存在的话,那又会是一个什么新的模样呢, 记得,英国著名物理学家史蒂芬?霍金继日前承认外星人的存在后,又发表一个惊人论述:他声称带着人类飞入未来的时光机,在理论上是可行的,所需条件包括太空中的虫洞或速度接近光速的宇宙飞船。不过,霍金也警告,不要搭时光机回去看历史,因为“只有疯狂的科学家,才会想要回到过去"颠倒因果"。是的,在

相对论的发展

第八章 相对论的发展 教学目的与要求:掌握:狭义相对论的内容及建立过程。爱因斯坦是如何得到广义相对论的两个基本假设的;广义相对论的实验验证情况。熟悉:绝对时空观的困难;爱因斯坦的生平。 教学重点,难点:狭义相对论的内容及建立过程。爱因斯坦是如何得到广义相对论的两个基本假设的;广义相对论的实验验证情况。 教学内容: §1.相对论先驱者的思想 一 洛仑兹的收缩假说 迈克尔逊—莫雷实验的“零结果”在最初人们并没有因此否定静止以太的存在,反而认为是实验可能失败了。或力图对实验结果作出种种解释。其中最具代表性的理论假说是荷兰物理学家洛仑兹的收缩假说。 1.洛仑兹(H.A.Lorenzt) 1853年7月生于荷兰。1870年考入莱顿大学,主攻数学、物理学和天文学,1875年12月获得博士学位,1877年被乌得勒支大学聘为数学教授,同年莱顿大学授予他荷兰唯一的理论物理学教授席位(24岁)。1912年洛仑兹辞去莱顿大学教授职务,去政府部门任高等教育部部长。他创立了电子论,首次把以太和普通物质分开,1895年提出著名的洛仑兹力公式。他将经典电磁场理论发展到了最后的高度,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。 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 22 1c v ? 洛仑兹一直认为这种收缩是真实的,是由分子运动引起的。这与爱因斯坦提出狭义相对论有本质区别。 3. 一级近似的解释及地方时 洛仑兹的上述收缩假说只涉及到v 2/c 2的这种二级近似。1895年,洛仑兹发表了《运动物体中电磁现象和光现象的理论研究》,提出了地方时概念,他对麦克斯韦方程组施加了一种变换。其中时间t 变为“当地时间” t′=t–(v/c2)x ,电场E 变换为E′=E+v×B/c ,磁场B 变换为B′=B-v×E/c ,结果发现麦克斯韦电磁场方程组的形式不变。由此证明其收缩假说可以准确到v/c 一阶范围。这样就解释了迈克尔逊—莫雷实验。 “当地时间”t’=t–(v/c 2)x ,指在物体上的测得的时间,它与坐标系的平移速度有关。它表明,好象在运动坐标系上的时钟走慢了。洛仑兹认为地方时只不过是一个数学假设,不具有真实的物理意义,而牛顿力学中的绝对时间才是唯一真实的时间。与此相反,爱因斯坦认为不存在所谓的绝对时间,地方时才是唯一真实的时间。 4.实验验证的失败 ①按照洛仑兹的长度收缩假说,物体的密度在不同的方向上会有所不同,这样光通过它

宇宙学浅谈论文

作为一名软件学院的学生,我对物理学,或者宇宙学并没有深入的了解。自己所有的物理学知识,只是在高考前学习的一些经典物理学的皮毛,再加上平时书籍上的一点积累。因此不敢妄称此篇文章为论文,只能说是谈谈上完整个学期的宇宙学浅谈的一点感想。 我出生于东北的林区,小的时候最喜欢做的事情就是仰望天上的星斗。那时的夜空十分漆黑,却黑的澄明。那时的我有着无比的求知欲,总是缠着妈妈让她买书给我看。一本少儿版的《十万个为什么》让我看了一遍又一遍。只要是有关天文的书籍,我都会十分迅速的看完。渐渐地我对于星空有了更深入的了解。认识了不少的星座,知道了夜空中如何区别恒星和行星,恒星的烟花以及夏季夜空中的白带是璀璨的银河…… 10岁以后我从林区的故乡搬到城市求学,从此我就很少仰望夜空了。并不是我已经不再喜欢天文,只是因为即使在十分晴朗的夜空下抬头看,也只能看到那几颗星等很高的星——天狼星,几颗行星。夜空总是朦胧着昏红的光,我知道那是城市的光污染。漫天的繁星暂时与我无缘,也只有在偶尔去农村或是回故乡才能再次看到那美丽的夜空。 其实观察星空只是天文学的表象,离真正的宇宙学和物理学差的很远。在高中的时候我读到了霍金的《时间简史》的普及版。于是对相对论和量子理论以及宇宙的演化有了浅显的认识。但是在读霍金的《果壳中的宇宙》时,却很难读懂,再加上课业的繁重也就只能作罢。 在本学期选修了余老的宇宙学浅谈,又燃起了我对于宇宙及物理学的强烈渴望。虽然我此生也许并不会投身于对于宇宙的探索及对物理学的研究。但是只要在条件允许的前提下,我一定会主动为那些研究者提供各方面的支持,也当是圆了我儿时的梦想。下面就我就简单的阐述下自已对虫洞理论理解。 虫洞: 由阿尔伯特·爱因斯坦提出该理论。简单地说,“虫洞”就是连接宇宙遥远区域间的时空细管。暗物质维持着虫洞出口的敞开。虫洞可以把平行宇宙和婴儿宇宙连接起来,并提供时间旅行的可能性。 举个例子:大家都在一个长方形地广场上,左上角设为A,右上角设为B,右下角设为C,左下角设为D。假设长方形的广场上全是建筑物,你的起点是C,终点是A,你无法直接穿越建筑物,那么只能从C到B,再从B 到A。再假设假如长方形的广场上什么建筑物都没了,那么你可以直接从C 到A,这是对于平面来说最近的路线。但是假如说你进入了一个虫洞,你可以直接从C到A,连原本最短到达的距离也不需要了。这就是所谓的虫洞。这就如同将这个二维平面像纸一样翻卷一下让A接近C。 虫洞连接黑洞和白洞,在黑洞与白洞之间传送物质。在这里,虫洞成为一个阿尔伯特?爱因斯坦—罗森桥,物质在黑洞的奇点处被完全瓦解为基本粒子,然后通过这个虫洞(即阿尔伯特?爱因斯坦—罗森桥)被传送到白洞并且被辐射出去。目前天文学家已经间接地找到了黑洞,但白洞、虫洞并未真正发现 白洞 是广义相对论预言的一种与黑洞相反的特殊天体,是大引力球对称天体的史瓦西解的一部分。白洞仅仅是理论预言的天体,到现在还没有任

爱因斯坦和他的相对论爱因斯坦的相对论说明了什么

爱因斯坦和他的相对论爱因斯坦的相对论说明了什么 爱因斯坦是本世纪的一位伟大的科学家。他在统计物理学、量子理论、辐射量子理论方面作出了杰出贡献。他建立的相对论,标志着现代物理学的诞生,对物理学、现代科学技术和现代哲学思想带来了革命性的影响。列宁称他为“伟大的自然科学革新家”。 学习、思考、勤奋的一生 1879年3月14日,阿耳伯特·爱因斯坦生于德国乌尔姆一个犹太人的家庭。 爱因斯坦小时并不显得很聪明,但却很爱动脑筋。五岁时,父亲送给他一个指南针,他玩得入了迷,无论怎么颠来倒去地摆弄它,小针总是指着一个方向,他沉思着这里必然隐藏着自然界的奥秘。爱因斯坦的小学、中学是在慕尼黑上的,学习成绩并不好。他十分讨厌当时德国的教育制度,提倡死记硬背拉丁文和希腊文的文法规则,填鸭式的教育方法。他爱好独立思考,渴望探索自然界的奥秘。 爱因斯坦十五岁时,跟随父母迁居到意大利的米兰。不久又进入瑞士阿劳中学学习。这里的学风和慕尼黑市大不相同,着重培养学生的独立思考能力和工作能力,自由空气很浓,学生不必死记硬背。学校有许多小实验室,摆着许多实验仪器和标本,学生可 __地去做

实验。这样的学习环境对爱因斯坦来说真是太好了。他在这里学习了一年,取得中学毕业证书后,未经考试进入了当时中欧一带著名的大学——苏黎世工科大学师范系学习物理。 爱因斯坦在大学里也不是一个优等生。他对一些学科不感兴趣,考试成绩较差,而把全部精力都化在钻研有兴趣的数学和物理学上。他喜欢在实验室里工作,同实验直接打交道。他对当时大学物理教学内容的落后状况,对教授只讲一些应用性的物理原理,对自然现象缺乏探索精神,很不满意。爱因斯坦只得坚持勤奋的自学,来不断增长自己的科学知识。 1900年夏天,爱因斯坦大学毕业。1902年,在一位朋友的帮助下,进了伯尔尼瑞士专利局工作。他的任务是负责对申请专利权的各种发明创造提出审查意见。这一工作使他有机会能接触到许多新的思想和有趣的意见,培养了能够迅速抓住事物本质的不寻常的能力,这对他的物理思想也有重大的激励作用。他白天工作,晚上和假日研究感兴趣的物理问题。1905年,他获得了惊人的突破。一年之内,连续发表了有关布朗运动、量子理论和相对论三篇划时代的论文,这三项重大成就奠定了现代物理学的基础。这在自然科学史上是独一无二的。

浅谈爱因斯坦

从相对论到量子力学 ---浅谈爱因斯坦的研究 摘要: 二十世纪,相对论和量子力学是物理学界最伟大的成就。科学家的视野从牛顿的经典中离开,开始转向更为广袤的天地———高速运动和微观粒子的世界。 爱因斯坦是相对论的创立者,是量子力学的催生者之一。毫无疑问,他是伟大的。 但伟人并不意味着完美。 爱因斯坦始终排斥着玻尔的量子系统的概率论。他说,“上帝不掷骰子。” 但实验是铁证。 玻尔说:“我们不能告诉上帝,该做什么。” 霍金评论道,“上帝不仅掷骰子,而且他总是把骰子扔到我们看不到的地方!” 从相对论到统一场理论,爱因斯坦试图用数学统一整个物理。但是,上帝掷了骰子,他还是失败了。 关键词:相对论,量子力学,爱因斯坦,场理论。 引言:作为二十世纪最伟大的物理学家,爱因斯坦以其天才的头脑,提出了相对论。但,作为二十世纪的另一座里程碑——量子力学,爱因斯坦却没有留下过多的贡献。而倾尽毕生之力的场理论,成为了爱因斯坦的遗憾。 是什么原因造成了这样的状况呢?为什么已经登上巅峰的爱因斯坦终究没能攻下另一座堡垒? 正文:一、爱因斯坦是如何创立相对论的 1、伯尔尼的辉煌记录

1905年,在不到8个星期内,四篇划时代的论文被寄到《物理学杂志》。 这四篇论文分别是《论动体的电动力学》、《关于光的产生和转化的一个启发性的观点》、《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》和《物体的惯性同她所含的能量有关吗?》。相对应的内容是著名的狭义相对论、量子学论文、布朗运动的理论解释和质能转换定律。 就是在远离科学中心的伯尔尼,身为无名小卒的爱因斯坦发表了彻底改变现代物理学和宇宙学的四篇论文,他的1905年的奇迹年(annus mirabilis)总是被庆祝,他如泉水般喷涌的天才引发了令人惊愕的敬意。 2、天才的思考 空间和时间的概念在狭义相对论中扮演着重要的角色,也是最大的突破。因为在牛顿的绝对时空观里,空间和时间是具有绝对的意义的,并且相互独立。 1905年以前的很长一段时间内,爱因斯坦一直思考着一个很困难的问题:麦克斯韦的方程组是正确的,光速是不变的。但光速的不变性又与经典力学的速度相加规则相矛盾。在和朋友的一次谈话之后,这个问题解开了:时间和信号速度之间有着不可分割的联系。 从某个角度来讲,狭义相对论几乎是直接从麦克斯韦的电磁场理论地出来的。麦克斯韦的电磁理论具有一种不对称性。而他认为这种不对称性是值得怀疑的,因为它破坏了物理学中的统一和内在的和谐。而不对称性起源于其理论中少不了的“绝对静止”的以太。方程组推出光速是恒定的,但这是对哪个参考系成立的呢?包括洛伦兹在内的一些物理学家明确承认绝对静止的“以太”的存在。可是所有的以太漂移实验都失败了,经典物理学走入了死胡同。 但爱因斯坦认为,绝对静止的以太是一个错误的概念,这明显破坏了对称性和统一性。爱因斯坦以其惊人的想象力,抛弃了经典力学的速度合成法,肯定了同时性在不同惯性参考系中是相对的,提出了空间和时间的相对性和统一性。不变的不是时间和空间,而是光速。 绝对静止是人类的假想,并不足以成为一个客观规律。自然界的存在和发展并不以人的意志为转移。他认为,好的物理规律是恒定不变的,如果事实无法与方程结合,那么努力让它们统一。用一组方程,用最简洁的表达,阐述真理。 不得不说,爱因斯坦是当之无愧的天才。身体活在低速运动的世界,思想已

爱因斯坦广义相对论

爱因斯坦广义相对论 广义相对论是爱因斯坦继狭义相对论之后,深入研究引力理论,于1913年提出的引力场的相对论理论。这一理论完全不同于牛顿的引力论,它把引力场归结为物体周围的时空弯曲,把物体受引力作用而运动,归结为物体在弯曲时空中沿短程线的自由运动。因此,广义相对论亦称时空几何动力学,即把引力归结为时空的几何特性。 如何理解广义相对论的时空弯曲呢?这里我们借用一个模型式的比拟来加以说明。假如有两个质量很大的钢球,按牛顿的看法,它们因万有引力相互吸引,将彼此接近。而爱因斯坦的广义相对论则并不认为这两个钢球间存在吸引力。它们之所以相互靠近,是由于没有钢球出现时,周围的时空犹如一张拉平的网,现在两个钢球把这张时空网压弯了,于是两个钢球就沿着弯曲的网滚到一起来了。这就相当于因时空弯曲物体沿短程线的运动。所以,爱因斯坦的广义相对论是不存在“引力”的引力理论。 进一步说,这个理论是建立在等效原理及广义协变原理这两个基本假设之上的。等效原理是从物体的惯性质量与引力质量相等这个基本事实出发,认为引力与加速系中的惯性力等效,两者原则上是无法区分的;广义协变原理,可以认为是等效原理的一种数学表示,即认为反映物理规律的一切微分方程应当在所有参考系中保持形式不变,也可以说认为一切参考系是平等的,从而打破了狭义相对论中惯性系的特殊地位,由于参考系选择的任意性而得名为广义相对论。 我们知道,牛顿的万有引力定律认为,一切有质量的物体均相互吸引,这是一种静态的超距作用。 在广义相对论中物质产生引力场的规律由爱因斯坦场方程表示,它所反映的引力作用是动态的,以光速来传递的。 广义相对论是比牛顿引力论更一般的理论,牛顿引力论只是广义相对论的弱场近似。所谓弱场是指物体在引力场中的引力能远小于固有能,力场中,才显示出两者的差别,这时必须应用广义相对论才能正确处理引力问题。 广义相对论在1915年建立后,爱因斯坦就提出了可以从三个方面来检验其正确性,即所谓三大实验验证。这就是光线在太阳附近的偏折,水星近日点的进动以及光谱线在引力场中的频移,这些不久即为当时的实验观测所证实。以后又有人设计了雷达回波时间延迟实验,很快在更高精度上证实了广义相对论。60年代天文学上的一系列新发现:3K微波背景辐射、脉冲星、类星体、X射电源等新的天体物理观测都有力地支持了广义相对论,从而使人们对广义相对论的兴趣由冷转热。特别是应用广义相对论来研究天体物理和宇宙学,已成为物理学中的一个热门前沿。 爱因斯坦一直把广义相对论看作是自己一生中最重要的科学成果,他说过,“要是我没有发现狭义相对论,也会有别人发现的,问题已经成熟。但是我认为,广

爱因斯坦讲的相对论的故事读后感

爱因斯坦讲的相对论的故事读后感 导读:爱因斯坦讲的相对论的故事读后感1 同学们,你们都知道伟大的物理学家爱因斯坦吧!那肯定也听说过他那伟大的相对论理论。众所周知,相对论是由伟大的科学家爱因斯坦创立的,分成广义相对论和狭义相对论。 而相对论是关于时空和引力的基本理论,在大学的物理学科才有所涉及,那些深奥的理论是不是已经让你望而却步了呢?别,请走上前来,看看这本书——云南教育出版社出版的《爱因斯坦讲的相对论的故事》,跟伟大的爱因斯坦一起走上“相对论”的旅途吧! 记得小学一年级时,一位老师告诉过我,按照相对论,如果人类能够发明比光还快的机器就能够穿越时空,回到古代社会。如果找到虫洞,并且能够放大、移动虫洞的位置,就可以去往未来。多么神奇! 一直以来,我就对相对论很感兴趣。可惜,妈妈帮我找到的资料都很难懂,不过这本书可非常有趣,让我爱不释手。因为深入浅出是这本书的特色,高深的理论知识在一个个简单常见的例子中变得简单明了,虫洞、黑洞、时间机器等不再是一个个枯燥无味的词语。即使你是一个物理零基础的孩子,只要用心读这本书。相信它也会让你“赖”上物理,爱上科学! 这本书分成九课,都是以爱因斯坦为主讲老师,给孩子讲课的形式来给我们传播知识的。 分别是第一课什么是速度?

第二课光的速度不会变? 第三课能够到达未来吗? 第四课对于运动中的人来说,距离变短了。 运动会使物体的重量发生变化。 宇宙是什么样的呢? 地球拉住了布娃娃。 重力使光线变得弯曲。 能够吸引一切的黑洞。其中我最感兴趣的是第九课,因为读了这一章节之后,我解开了一直藏在心里的谜团——为什么地球没有被虫洞吸进去。 这是因为:重力越大吸引力也越大,黑洞是一个拥有巨大重力的天体,到了黑洞附近,任何物体都逃脱不了它那强大的吸引力。那么为什么地球还依然存在呢?因为,虽然宇宙里有很多黑洞,但是那些黑洞只能吸引一定距离内的物体,距离越远,黑洞的引力就越小。也就是说,地球是位于黑洞的边界线之外,所以它不会被黑洞吸进去。哈哈,可真有趣。 爱因斯坦说过:学习知识要善于思考,思考,再思考。我就是靠这个方法成为科学家的。我们小学生也要通过阅读,思考,让自己有更多的收获。即使不能成为科学家,也可以丰富自己的学识,让有趣的科学知识伴我们成长。大家一起来读书吧! 爱因斯坦讲的相对论的故事读后感2

浅谈爱因斯坦相对论感想

浅谈学习爱因斯坦相对论的感想

在学习这们课程前对于相对论只是在书籍或一些科普节目听说过,通过老师深入浅出的讲解后对爱因斯坦的相对论也有了初步的了解。在学习过程中也有了自己一些体会与见解。虽然比较偏面与浅薄但也为自己在学习上打开了又一扇门。 在狭义相对论之前,牛顿继承伽利略等科学家的成果,加上自己的总结归纳以及在数学上创立用微积分解决变加速问题的方法,创立了以牛顿运动力学为核心的经典运动力学(也叫古典运动力学)。但是,在19世纪许多的科学技术革新后,人类对于非运动学的电磁现象有了深入的探索,许多电磁学的物理规律直接违反古典运动力学的定律。在古典运动力学中,光速没有任何理论限制,可以任意大,而且可以是不恒定的,这缺乏实验根据,仅仅是早期科学家的猜测。然而,电磁学精确实验验证:真空光速与真空介磁常数及真空介电常数直接相关,也是一个常数!这些尖锐矛盾导致大家对于缺乏精确实验证据的古典运动力学产生怀疑。 为解决这个矛盾,爱因斯坦创造性地以电磁学理论出发,承认真空光速最大且对于任意观测者恒定,并且遵从电磁学中物理规律对于不同观测者都相同两个原则,成功推导出洛仑兹先生通过精确电磁学实验测定出的轮伦兹变换公式。于是,狭义相对论诞生了,它纠正了古典运动学在电磁

学上的错误,并且涵盖了古典运动学的基本定律,统一了运动力学和电磁力学。 相对论问世,人们看到的结论就是:四维弯曲时空,有限无边宇宙,引力波,引力透镜,大爆炸宇宙学说等等.这一切来的都太突然,让人们觉得相对论神秘莫测,因此在相对论问世头几年,一些人扬言全世界只有两个半人懂相对论".更有甚者将相对论与"通灵术","招魂术"之类相提并论.其实相对论并不神秘,它是最脚踏实地的理论,是经历了千百次实践检验的真理,更不是高不可攀的. 广义相对论就是说由于物质的存在引起了时空的弯曲,通俗理解是:如果一个“空间”中的任意一个“点”最少需要n个线性无关的有序数组(向量)来描述,我们就可以认为这是一个数学上的n维空间。我们的普通空间需要用三个数来描述:长、宽、高。但这样描述的仅仅是一种静态的图像,要想描述物质的运动,还应该引入一个数:时间。这样,如果想描述完整的物质运动,就需要用四个数来描述。 广义相对论预言了引力波的存在,否定了万有引力定律的超距作用.当光线由恒星发出,遇到大质量天体,光线会重新汇聚,也就是说,我们可以观测到被天体挡住的恒星。爱因斯坦将场方程应用到宇宙时,发现宇宙不是稳定的,它要么膨胀要么收缩。以上便是我对最近学习爱因斯坦相对论的粗浅体会希望在以后的学习中有进一步的提高。

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

爱因斯坦提出狭义相对论的论文

ON THE ELECTRODYNAMICS OF MOVING BODIES By A. Einstein June 30, 1905 It is known that Maxwell's electrodynamics--as usually understood at the present time--when applied to moving bodies, leads to asymmetries which do not appear to be inherent in the phenomena. Take, for example, the reciprocal electrodynamic action of a magnet and a conductor. The observable phenomenon here depends only on the relative motion of the conductor and the magnet, whereas the customary view draws a sharp distinction between the two cases in which either the one or the other of these bodies is in motion. For if the magnet is in motion and the conductor at rest, there arises in the neighbourhood of the magnet an electric field with a certain definite energy, producing a current at the places where parts of the conductor are situated. But if the magnet is stationary and the conductor in motion, no electric field arises in the neighbourhood of the magnet. In the conductor, however, we find an electromotive force, to which in itself there is no corresponding energy, but which gives rise--assuming equality of relative motion in the two cases discussed--to electric currents of the same path and intensity as those produced by the electric forces in the former case. Examples of this sort, together with the unsuccessful attempts to discover any motion of the earth relatively to the ``light medium,'' suggest that the phenomena of electrodynamics as well as of mechanics possess no properties corresponding to the idea of absolute rest. They suggest rather that, as has already been shown to the first order of small quantities, the same laws of electrodynamics and optics will be valid for all frames of reference for which the equations of mechanics hold good.1 We will raise this conjecture (the purport of which will hereafter be called the ``Principle of Relativity'') to the status of a postulate, and also introduce another postulate, which is only apparently irreconcilable with the former, namely, that light is always propagated in empty space with a definite velocity c which is independent of the state of

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