狹義相對(duì)論是時(shí)代的產(chǎn)物亲桦,而愛因斯坦恰好出現(xiàn)了!

在人類歷史上兩位最偉大物理學(xué)家牛頓和愛因斯坦浊仆,他們都從事過引力方面的研究,使得天文學(xué)進(jìn)入到引力天文時(shí)代豫领。

這兩位偉大的科學(xué)家抡柿,都有一個(gè)共同的特性,都崇尚簡(jiǎn)約之美等恐。

像牛頓曾說洲劣,源于極少數(shù)幾個(gè)原理,歐幾里得幾何能夠給出累累碩果课蔬,這就是幾何的驕傲囱稽。

那么愛因斯坦也曾說過類似的這樣話,都是從最簡(jiǎn)單的幾個(gè)公理原理出發(fā)二跋,構(gòu)造整個(gè)理論战惊。

狹義相對(duì)論的提出是在1905年,由愛因斯坦完成的扎即,嚴(yán)格來說吞获,愛因斯坦并非是獨(dú)立完成了狹義相對(duì)論,是許多前人科學(xué)家共同的結(jié)晶谚鄙。


伽利略變換

在20世紀(jì)初各拷,物理學(xué)的天空存在有兩朵烏云,其中一朵烏云就來自于邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)闷营,這個(gè)實(shí)驗(yàn)使得人們引入了狹義相對(duì)論烤黍。

在物理學(xué)當(dāng)中存在伽利略的時(shí)空觀,他認(rèn)為絕對(duì)靜止是不存在的傻盟,在所有的慣性系當(dāng)中力學(xué)規(guī)律都具有相同的形式速蕊,它滿足伽利略相對(duì)性原理的要求,存在坐標(biāo)的變換莫杈。

這就是伽利略的這樣一個(gè)坐標(biāo)變換

這個(gè)坐標(biāo)變換互例,在力學(xué)當(dāng)中取得了巨大的成功。

時(shí)間一直到19世紀(jì)中葉或者19世紀(jì)晚期筝闹,當(dāng)電動(dòng)力學(xué)發(fā)展起來之后媳叨,情況就發(fā)生了變化腥光,Maxwell給了一個(gè)電磁學(xué)的場(chǎng)方程


麥克斯韋場(chǎng)方程

這個(gè)方程可以給出電磁波的波動(dòng)形式,這是一個(gè)波動(dòng)的解糊秆,這個(gè)波動(dòng)形式給出傳播速度就是光速武福。

那么現(xiàn)在問題就來了,這個(gè)速度它到底相對(duì)什么樣的坐標(biāo)系呢痘番?

如果這樣一個(gè)真空當(dāng)中速度是對(duì)應(yīng)某一個(gè)S系所進(jìn)行的捉片,那如果還存在另外一個(gè)S撇系相對(duì)S系存在有速度的話,那么按照伽利略坐標(biāo)變換汞舱,那么C一撇和C之間就會(huì)有一個(gè)速度的差伍纫。

但是我們也知道,這個(gè)真空情況下昂芜,光速是由這兩個(gè)物理常數(shù)所決定莹规,那么C一撇顯然無法滿足這樣一個(gè)要求。

所以說這就是使得Maxwell場(chǎng)方程不服從伽利略作為變換泌神,他不滿足伽利略的的協(xié)變性的要求良漱。

所以在這個(gè)時(shí)候人們就面臨一個(gè)問題,這個(gè)電磁波欢际,它的光速到底是相對(duì)于哪一個(gè)坐標(biāo)系母市?

問題提出來之后,人們肯定就要去思考损趋,如何來通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這個(gè)問題患久?

在當(dāng)時(shí)人們意識(shí)到,運(yùn)動(dòng)速度最高的一個(gè)物體是誰(shuí)呢浑槽?實(shí)際上是我們地球繞著太陽(yáng)做軌道運(yùn)動(dòng)墙杯,可以達(dá)到30公里每秒的速度。

邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)

所以人們構(gòu)造了一個(gè)實(shí)驗(yàn)括荡,像邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)高镐,一個(gè)電磁波通過干涉的條文來研究,通過不同的傳播路程畸冲,那這個(gè)電磁波到達(dá)時(shí)間是否有延時(shí)嫉髓?

如果這個(gè)真空當(dāng)中傳播的速度跟某一個(gè)介質(zhì)有關(guān),這個(gè)介質(zhì)人們認(rèn)為它是存在一個(gè)絕對(duì)的參考系邑闲。

在這個(gè)絕對(duì)參考性當(dāng)中算行,光速的傳播是為C,并把這樣個(gè)介質(zhì)叫做以太苫耸。


那地球相對(duì)于這個(gè)絕對(duì)的參考系州邢,以太它運(yùn)動(dòng)行為會(huì)怎樣呢?

如果地球相對(duì)于以太存在有一定的速度的話褪子,那么這個(gè)光沿著不同的路程過來量淌,那它就會(huì)有時(shí)間上的差異骗村。

但是測(cè)量的結(jié)果告訴我們,它沒有時(shí)間差呀枢,實(shí)際上是這個(gè)結(jié)果也預(yù)示著我們胚股,要么地球就是跟著以太一起在走,或者是拖曳著跟著以太一起走的裙秋。

那對(duì)于這個(gè)問題的給出琅拌,它是基于速度的平方所給出的結(jié)果。

人們實(shí)際上還構(gòu)造了對(duì)速度的一次方的一些實(shí)驗(yàn)摘刑,其他這樣實(shí)驗(yàn)所給出的結(jié)果實(shí)際上是部分拖曳的效果进宝。

所以說這就存在了一個(gè)問題,為了解決這個(gè)疑難枷恕,洛倫茲引入了這樣一個(gè)動(dòng)尺縮短的這樣概念即彪,沿著運(yùn)動(dòng)的方向,這把尺子就可以縮短了活尊。

這就可以把邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)的問題解決

而對(duì)于尺子為什么縮短,它的物理的本質(zhì)原因是什么漏益,并沒有加以解釋

狹義相對(duì)論

愛因斯坦蛹锰,提出了狹義相對(duì)論,他把狹義相對(duì)論用最簡(jiǎn)潔的方式再現(xiàn)出來绰疤。

他首先給出第一條相對(duì)性原理說铜犬,物理定理在一切慣性系當(dāng)中都具有相同的形式

這個(gè)說法跟伽利略的相對(duì)論非常的近似,但是對(duì)于伽利略的相對(duì)論時(shí)間和空間上是割裂的轻庆。

對(duì)于愛因斯坦而言癣猾,因?yàn)樗训退龠\(yùn)動(dòng)和高速運(yùn)動(dòng)相結(jié)合,使得時(shí)間和空間構(gòu)成了整體余爆,變成了時(shí)空纷宇。

第二條原理是光速不變?cè)?/strong>,他認(rèn)為在任何慣性系當(dāng)中蛾方,真空中的光速都是一個(gè)常數(shù)像捶,當(dāng)然這個(gè)速度也是粒子能夠達(dá)到的最大速度。

在狹義相對(duì)論下桩砰,可以給出一些預(yù)言拓春,如動(dòng)遲縮短,動(dòng)鐘延緩亚隅,運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量會(huì)增大硼莽。

對(duì)于這些預(yù)言,只有當(dāng)粒子速度煮纵、運(yùn)動(dòng)物體的速度接近光速的時(shí)候才變得顯著懂鸵。

人們之所以對(duì)狹義相對(duì)論發(fā)現(xiàn)得比較遲偏螺,原因就是因?yàn)槲覀兩钤诘退俚氖澜缋铩V挥挟?dāng)麥克斯韋電磁波引入之后矾瑰,這個(gè)問題才凸顯出現(xiàn)砖茸。

也就是說,以前的人壓根沒往這方面想殴穴。所以凉夯,狹義相對(duì)論應(yīng)時(shí)代而誕生,愛因斯坦也順勢(shì)而為采幌。



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