作业帮要精通的.
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/05/04 16:47:35
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相对论
十九世纪后期,由于光的波动理论的确立,科学家相信一种叫“以太”的连续介质充满了宇宙空间,就象空气中的声波一样,光线和电磁信号是“以太”中的波.然而,与空间完全充满“以太”的思想相悖的结果不久就出现了：根据“以太”理论应得出,光线传播速度相对于“以太”应是一个定值,因此,如果你沿与光线传播相同的方向行进,你所测量到的光速应比你在静止时测量到的光速低；反之,如果你沿与光线传播相反的方向行进,你所测量到的光速应比你在静止时测量到的光速高.但是,一系列实验都没有找到造成光速差别的证据.
在这些实验当中,阿尔波特·迈克尔逊和埃迪沃德·莫里1887年在美国俄亥俄州克里夫兰的凯斯研究所所完成的测量,是最准确细致的.他们对比两束成直角的光线的传播速度,由于围着自转轴的转动和绕太阳的公转,根据推理,地球应穿行在“以太”中,因此上述成直角的两束光线应因地球的运动而测量到不同的速度,爱尔兰物理学家乔治·费兹哥立德和荷兰物理学家亨卓克·洛仑兹,最早认为相对于“以太”运动的物体在运动方向的尺寸会收缩,而相对于“以太”运动的时钟会变慢.并且洛仑兹提出了著名的洛仑兹变换.而对“以太”,费兹哥立德和洛仑兹当时都认为是一种真实存在的物质.而法国数学家庞加莱怀疑这一点,并预见全新的力学会出现.
马赫和休谟的哲学对爱因斯坦影响很大.马赫认为时间和空间的量度与物质运动有关.时空的观念是通过经验形成的.绝对时空无论依据什么经验也不能把握.休谟更具体的说：空间和广延不是别的,而是按一定次序分布的可见的对象充满空间.而时间总是又能够变化的对象的可觉察的变化而发现的.1905年爱因斯坦指出,迈克尔逊和莫雷实验实际上说明关于“以太”的整个概念是多余的,光速是不变的.而牛顿的绝对时空观念是错误的.不存在绝对静止的参照物,时间测量也是随参照系不同而不同的.他用光速不变和相对性原理提出了洛仑兹变换.创立了狭义相对论.
狭义相对论
狭义相对论适用于惯性参照系
1、 狭义相对论的两条基础原理
（1） 狭义相对性原理——在所有的惯性系中物理定律的形式相同.各惯性系应该是等价的,不存在特殊的惯性系.即事物在每个惯性系中规律是一样的.（从合理性上说）
（2） 光速不变原理——在所有的惯性系里,真空中光速具有相同的值.光速与广泛的运动无关；光速与频率无关；往返平均光速与方向无关.（该原理由迈克尔逊-莫雷实验引出.）
2、 狭义相对论运动学的核心——洛仑兹变换
有了这两个新的公理,则非常重要的洛仑兹变换关系就非常自然的推导出来了.讨论一个从t=0 x=0发出的光子在∑系和∑’系（在t=0时∑’系与∑系重合,以后∑’以V沿X轴方向运动.）中的情况,根据：
1、时空均匀性：x=γ(x’+vt’)
2、相对性原理：x’=γ(x-vt)
3、光速不变原理：x=ct
x’=ct’
其中：时空均匀性条件不是新的原理,一个固定的物体放在空间任一位置无论何时长度是相同的这是非常直观的,由简单的推理可知均匀时空的坐标变换是线性的.因为若设：x=ax’2+bt’,则任一瞬间（dt’=0）测量一物体长度：dx=2ax’dx’.可见对∑’系任一个dx’放在不同的x’,对∑系来说是长度不同的.也即对∑系空间是不均匀的这不符合直觉.因∑’与∑是等价的,∑’系变到∑系有x=γ(x’+vt’),则∑系变到∑’就一定有x’=γ(x - vt),可见相对性原理对不同的惯性系是公平的.最后由光速不变原理给出的两个关系,看起来费解,却有实验支持.这样解4个方程立即得到 和洛仑兹变换：
∑’系→∑系 ∑系→∑’系
x=γ(x’+vt’) x’=γ(x - vt)
y=y’ y’=y
z=z’ z’=z
t=γ(t’+vx’/c2) t’=γ(t-vx/c2)
洛仑兹变换统一了时空和运动,统一了高速世界和经典力学研究的低速情况.当v