狭义相对论是什么?要1000字,够了直接是最佳答案

发布时间:2021-02-23 15:40:40

狭义相对论是什么?要1000字,够了直接是最佳答案

网友回答

历史背景及重要实验基础
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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.
“以太”概念及绝对参照系
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在麦氏预言电磁波之后,多数科学家就认为电磁波传播需要媒质(介质).这种介质称为“以太”(经典以太).“以太”应具有以下基本属性:
(1)充满宇宙,透明而密度很小(电磁弥散空间,无孔不入);
(2)具有高弹性.能在平横位置作振动,特别是电磁波一般为横波,以太应是一种固体( G是切变模量 ρ是介质密度);
(3)以太只在牛顿绝对时空中静止不动,即在特殊参照系中静止.
在以太中静止的物体为绝对静止,相对以太运动的物体为绝对运动.引入“以太”后人们认为麦氏方程只对与“以太”固连的绝对参照系成立,那么可以通过实验来确定一个惯性系相对以太的绝对速度.一般认为地球不是绝对参照系.可以假定以太与太阳固连,这样应当在地球上做实验来确定地球本身相对以太的绝对速度,即地球相对太阳的速度.为此,人们设计了许多精确的实验(包括爱因斯坦也曾设计过这方面的实验),其中最著名、最有意义的实验是麦克尔逊——莫雷实验(1887年).
迈克尔孙寻找以太的实验
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为解决这一矛盾,物理学家提出了“以太假说”,即放弃相对性原理,认为麦克斯韦方程组只对一个绝对参考系(以太)成立.根据这一假说,由麦克斯韦方程组计算得到的真空光速是相对于绝对参考系(以太)的速度;在相对于“以太”运动的参考系中,光速具有不同的数值.
实验的结果——零结果
但斐索实验和迈克耳逊-莫雷实验表明光速与参考系的运动无关.
麦克尔逊——莫雷实验
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实验目的:寻找电动力学规律成立的绝对参考系,即与以太静止的参照系.
实验假设:(1)假定电磁场方程在绝对惯性系中严格成立(地球上认为近似成立).
(2)在“以太”中光速各项同性,且恒等于C,而在其它残照系中,光速非各项同性(由伽利略变换可知(3)假定太阳与以太固连,地球相对于以太的速度就应当是地球绕太阳的运动速度.
实验装置: M为半反半透膜, 为补偿板.M = ,M = .设地球相对“以太”的相对速度为v(在地球上认为太阳、以太相对地球速度也为v).光在MM1M和MM2M中传播速度不同,时间不变,存在光程差,因此在P中有干涉条纹存在.当整个装置旋转900以后,由于假定地球上光速各向异性,光程差会发生变化,干涉条纹也要发生变化,通过观察干涉条纹的变化可以反推出地球相对以太的速度 .
理论计算:(按照经典理论)
已知在地球上光沿x轴正向速度为C+v ,在 系中光速为C,且各向同性,光沿x轴反向速度为C-v, 光沿y轴正、反向相速度均为
光沿MM1M的传播时间:
光沿MM2M的传播时间:
光程差为:仪器转动900后:
由于光程差不同,旋转后干涉条纹应当移动.
移动个数: 在麦—莫1887年实验时用 (纳黄光)
若认为地球相对以太速度为地球相对太阳速度 则 个.实验精度为0.01个.
实验结果:干涉条纹移动上限为0.01个,这样反推出地球相对以太速度大约为: .以后又做了许多实验,结果相同.可以认为条纹没有移动,即地球相对以太静止(后来的许多次类似实验,精度越来越高,1972年激光实验为 ).这一结果引起很大轰动,但仍然有许多人不认为是理论计算有问题,而是在经典时空框架下解释实验结果
洛仑兹坐标变换
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洛仑兹变换是描述狭义相对论空间中各参考系间关系的变换.它最早由洛仑兹从以太说推出,用以解决经典力学与经典电磁学间的矛盾(即迈克尔孙-莫雷实验的零结果).后被爱因斯坦用于狭义相对论.
另一
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