3-2 狭义相对论产生的实验基础与历史条件.pptVIP

* 第3章 相对论 3.2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件 * 1、以太理论的提出 人们在研究机械波（例如声波）的传播过程，发现机械波的传播必须有弹性媒质。当时的物理学家认为可以用这个框架来解释一切波动现象。 　 19世纪中期麦克斯韦建立的电磁场理论指出光是电磁波，并提出光是在以太中传播的假说。 　以太假说的主要内容是：以太是传播包括光波在内的电磁波的弹性媒质，它充満整个宇宙空间。以太中带电粒子振动会引起以太变形，这种变形以弹性波的形式传播，这就是电磁波。 　并且进一步认为以太就是人们一直在寻找的绝对静止参考系，只有在这个参考系中光速才是与方向无关的恒量。 2、光速的困惑 狭义相对论建立以前，人们认为任何速度的叠加都满足伽里略变换。但在光速领域里却碰到了困难。 如前所说，以太就是绝对空间。以太中电磁波沿各方向传播的速度都等于恒量c。但在相对以太运动的惯性系中，按伽利略变换，电磁波沿各方向传播的速度并不等于恒量c，如下图中相对于光源运动的小车上所测得的光速。 球投出前 结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球. 试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达到观察者所需要的时间. (根据伽利略变换) 球投出后 900 多年前（公元1054年5月）一次著名的超新星爆发， 这次爆发的残骸形成了著名的金牛星座的蟹状星云。北宋天文学家记载从公元 1054年 ~ 1056年均能用肉眼观察, 特别是开始的 23 天, 白天也能看见 . 物质飞散速度 l = 5000 光年 A B 当一颗恒星在发生超新星爆发时, 它的外围物质向四面八方飞散, 即有些抛射物向着地球运动, 现研究超新星爆发过程中光线传播引起的疑问 . 实际持续时间约为 22 个月, 这怎么解释 ? 理论计算观察到超新性爆发的强光的时间持续约 l = 5000 光年 物质飞散速度 A B A 点光线到达地球所需时间 B 点光线到达地球所需时间 　 但当时的人们并不这样认为。他们认为不是伽里略变换不对，而是麦克斯韦方程组不服从伽里略变换，它只能在相对于以太静止的惯性系里才能成立。 于是人们致力于寻找这个绝对静止参考系。 迈克尔孙 — 莫雷实验（1887年） 目的：测量光速、确定相对以太的运动 装置示意如右图：光线经过分光板（正面涂有半透金属膜）后分为两垂直等距路线，然后会合。 装置设于地面，可绕垂直于图面的轴线转动。如果地球相对以太的速度为 （设方向如图所示，为地球公转的速度），由伽利略变换，两束光的速率则不同，到达观测点的时间也不同，这将会发生干涉现象（类似于劈尖的等厚干涉条纹）；再使整个仪器旋转 ，两光束所经路线正好互换，应可观测到干涉条纹的移动。 G M1 M2 T G M1 G G M2 G G M2 M2 G M2 M1 G T 设“以太”参考系为S系，实验室为 系 （从 系看）