耽美调教宠文道具:相对论的基础及推导(上)

                                    
伟大的相对论            （连载）             清人
                        
            五、相对论的基础及推导(上)19世纪末，经典力学已经发展到了登峰造极的地步，牛顿绝对时空观被当时的大量科学实验证实，经典力学对自然世界的物理现象描述的如此之完美，以至于当时著名物理学家普朗克表示自己要献身物理时，他的老师不无遗憾的对他说：“年轻人，物理学是一门已经完成的科学，把一生奉献给物理学，实在是太可惜了。”但是，随着电磁学的发展，随着科学实验手段的不断进步，科学家们越来越多的对经典力学在时空关系上的解释产生疑虑。科学家们发现，经典力学只能阐述物体在宏观世界里的运动，而对微观世界无能为力。最矛盾的是，经典力学的绝对时空观无法解释光的各种现象，也不能与电磁学统一起来，而这对于严谨客观的科学家们来说，是无论如何也不能接受的事情。相对论的基础，主要是建立在麦克斯韦的电磁学原理上。如同任何一个理论一样，相对论的创建并非一朝一夕的事情，而是经历了艰难困苦的反复思考和探索得出的结论。为了认识并了解相对论的基础及其推导，我们有必要回顾一下经典力学对时空观的解释。经典力学认为，在机械运动中，参考系可以影响物体的动能，但与时间，空间无关。而伽利略变换式，使得一切牛顿定律，能量，动量，角动量定理，能量守恒定律，在任何惯性系中都保持一致。我们假定S‘系相对S系以速度u沿x轴方向运动，x‘与x在同一轴上，且t=0时，O‘与O重合(如下图):根据经典力学对绝对时空观的阐述，运动质点P的位置与速度变化遵从伽利略变换式，S系中OP与S‘系中的坐标x‘等价，而S‘系中的O‘P也与S系中的x等价，因此我们可以推导出：∵y‘=y ,z‘=z ,t‘=t ;v‘y=vy  ,v‘z=vz  .∴△x‘=x‘2-x‘1=(x2-ut)-(x1-ut) ,=x2-x1 ,=△x ,△t‘=△t .这就是牛顿绝对时空观△t‘=△t的描述。经典力学对绝对时空观的阐述主要是根据常规经验的积累而得出的，在u〈c的状态下，经典力学并没有出现漏洞。但是，当u=c时，也就是在对光的描述上，经典力学却遇到了无法逾越的巨大障碍。经典力学的绝对时空观首先无法解释麦克斯韦电磁学中关于电磁波在真空中的速度问题。电磁学中电磁波的速度为：我们可以看出，这个公式中εo为真空介电常数，μo为真空磁导率，这两个常数与参照系无任何关系，公式中也并没有考虑到不同参照系的问题，但是所得出的结果，c=2.997 9394×108m/s却与实际实验观测的c=299 792 458±1.2m/s极其接近，这显然与伽利略变换式相悖。对光在不同参照系速度问题更深入的研究，来自艾伯特·迈克耳孙和爱德华·莫雷两位科学家的光干涉实验。光干涉实验的原理，是通过干涉仪对两束光干涉条纹的位置排列的记录，来证明光在不同参照系中的不同速度。尽管实验精度为1/100条纹移动，尽管经过从19世纪末到20世纪中期长达半个世纪的观测，实验的结果依然未发现条纹的移动(零结果)。这实际上意味着，“以太”效应并不存在，也就是说，光在所有参照系中的速度必定相同。经典力学对绝对时空观的阐述被彻底动摇。<<上一节：相对论的实践与检验　　　　下一节：相对论的基础及推导(下)>>

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