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爱因斯坦与相对论

引言：引言：政治是暂时的,方程是永恒的〞——爱因斯坦

仰观星空,觉宇宙之浩瀚；俯视大地,察生命之神奇；透过显

微镜,是量子的奇迹.我们在理论与实践中穿梭,游走在神秘

的物理世界.

一．漫长的探索

纵观人类的历史,从亚里士多德开始,就已经开始探索那浩

如烟海的物理世界了——力学.

早期的物理学家们都是从实验的角度来阐述物理〔准确说是

物理理论〕的,亚里士多德从显而易见的现象中便得出重物

比轻物下降的快的结论〔虽说是错误的〕,阿基米德也从简

单的实验中得出了杠杆原理和浮力定律,伽利略通过理想实

验建立了动力学的基础,传出了相对性原理的先声,笛卡尔

发明了坐标系,使之能更好的表述,物理开普勒透过第谷的

测量用数学知识成功导出了开普勒三大定律.

这一切的积累,终于在一个人身上有了叠加与爆发,1687年,

艾萨克·牛顿出版了他的新书《自然哲学的数学原理》,从

此此经典力学〞建立了,也翻开了数学研究物理的辉煌一页.

书中详细的讲解的力学与运动学,阐述了牛顿三大定律,流

体阻力原理和万有引力定律,以与牛顿的绝对时空观,是经

典力学前所未有的进步.

二．相对论的横空出世

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19世纪后期,随着经典力学和电磁学的进一步发展〔电磁学

的主要贡献者法拉第和麦克斯韦一直想把电磁学建立在经

典力学上,然而失败了〕,科学家们相信他们对宇宙的描述达

到了尾声,然而,与与以太〞思想相悖的理论出现了,1887年

实验证实光的传播速度是不变的〔间接否定了实验证实光的传播速度是不变的〔间接否定了以太〞论和

经典力学〕,整个物理学界陷入了巨大恐慌.

这时,1905年,爱因斯坦〔生平简介：阿尔伯特·爱因斯

坦,Albert.Einstein,1879年3月14日-1955年4月18日,

出生于德国符腾堡王国乌尔姆市,毕业于苏黎世大学,犹太

裔物理学家,享年76岁.爱因斯坦1879年出生于德国乌尔姆

市的一个犹太人家庭父母均为犹太人,1900年毕业于苏黎

世联邦理工学院,入瑞士国籍.1905年,获苏黎世大学哲学博

士学位,爱因斯坦提出光子假设,成功解释了光电效应,因此

获得1921年诺贝尔物理奖,创立狭义相对论.1915年创立广

义相对论.爱因斯坦为核能开发奠定了理论基础,开创了现

代科学技术新纪元,被公认为是继伽利略、牛顿以来最伟大

的物理学家.1999年12月26日,爱因斯坦被美国《时代周刊》

评选为评选为世纪伟人〞.〕的一篇论文《论动体的电动力学》永

久地解决了这一棘人的问题,狭义相对论便由此创生了.

1.经典力学的时间和空间

牛顿所谓的时间与空间都是绝对的,与外界无关永远相同和

不动的,而且时间和空间是互相分离,互不干涉的,这样就有

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了很多无法解决的问题,例如：如果以光速追赶光速,那么是

一种什么样的结果？

2.相对性原理

什么是相对性原理？是指物理定律在一切参考系中都具有

相同的形式,最早是由伽利略提出的,他认为力学定律在一

切惯性系中具有相同形式,任何实验都不能区分静止和匀速

运动的惯性参考系.

3.狭义相对论的基本内容

狭义相对性原理：一切物理定律〔除引力外的力学定律、电

磁学定律以与其他相互作用的动力学定律〕在所有惯性系中

均有效；或者说,一切物理定律〔除引力外〕的方程式在洛

伦兹变换下保持形式不变.不同时间进行的实验给出了同样

的物理定律,这正是相对性原理的实验基础.

光速不变定律：光在真空中总是以确定的速度c传播,速度

的大小同光源的运动状态无关.在真空中的各个方向上,光

信号传播速度〔即单向光速〕的大小均相同〔即光速各向同

性〕；光速同光源的运动状态和观察者所处的惯性系无关.这

两条原理看似不相容,但只要放弃经典力学的时空观,这种

不相容就会消除了.

时空观：时间和空间是非常复杂的相互纠缠在一起,人们不

可能只弯曲空间而不弯曲时间,这样时间就有了形状,但它

只能延一个方向前行.狭义相对论的时空是四维时空〔我们

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