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背景资料 相对论的诞生（第1页）

牛顿的经典力学的基础就是以牛顿命名的三条定律，这一理论形成于十七世纪，在以后的两个多世纪里，牛顿力学对科学和技术的发展起了巨大的推动作用，同时自身也得到了很大发展。

但是，进入二十世纪，物理学研究的领域开始深入到了微观高速领域，这时人们发现牛顿力学在这些领域不再适用。

物理学的发展要求对牛顿力学以及某些长期认为是不言自明的基本观念作出根本性的变革，物理学需要一场革命！

二十世纪初诞生的相对论和量子力学就是这场从经典物理向近代物理变革的标志

相对论诞生的历史背景

1以太的研究：以太透明；以太的密度很（光速很大以太很硬（电磁波为横波以太无所不在，充满整个空间。

2光速的测量：斐索光速测定

3迈克尔逊－莫雷实验的意义：证明以太不存在；暗示真空中光速在任何参考系都不变；

一、经典的相对性原理

1、几个经典概念和规律

1空间：人们通常所的空间量，不外乎线的长度、平面物曲面的面积、形体的体积等等．它们都可以用标准尺来量度．

2时间：通常，时间不外乎两个事件的时间间隔、一个事件比另一个事件发生得早些或晚些、两个事件同时发生等等．原则上时间都可以用标准钟来量度．

3牛顿在他所著的《自然哲学的数学原理》一书中写道：

绝对的空间，本质上是与外界无关的，是同一的和静止的．

绝对的时间，本质上是一种与外界物体无关的均匀流动．

这就是牛顿力学中的绝对空间和绝对时间概念．

4空时坐标

（1）空间坐标：需要个空间量．比如：（、y、z）．

（）空时坐标：需要4个数．比如：（、y、z、t）．

5速度合成法则：

（1）伽利略变换式：设有两个参考系S和作匀速运动，且S相对S沿X轴以速度v运动．则事件P在两坐标系中变换关系是

（）速度合成法则：设质在在S中的速度为u，则在S中的速度为

u=u+v

6惯性系：牛顿运动定律成立的参考系

相对于一个惯性参考系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。

7牛顿力学中的相对性原理：牛顿运动定律的数学形式在所有的惯性系中都是相同的，或者，牛顿运动定律的数学形式在伽利略变换是不变的．

其它表述

（1）在任何两个惯性系中做同一个力学实验都会得到相同的结果；

（）用任何力学方法都无法将两个惯性系分开；

（）对于描述力学现象，所有的惯系都是平权的．

、伽里略相对性原理

在两个惯性系中，虽然观察到的结果并不相同，一个是10ms，另一个是0ms，但我们却应用了同样的运动定律和速度合成法则，也就是，我们相信：力学规律在任何惯性系中都是相同的。

这就是伽利略相对性原理。

在一个惯性参考系内的任何力学实验都无法判断这个参考系是否相对于另一个参考系做匀速运动或者任何参考系都是平权的。

《关于两种世界体系的对话》：“把你和朋友关在一条大船下的主舱里，让你们带着几只苍蝇、蝴蝶和其他飞虫，舱内放一只大水碗，其中有几条鱼，然后挂上一个水瓶，让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐里，船停着不动时，你留神观察，虫都以等速向舱内各方向飞行；鱼向各个方向随便游动；水滴滴进下面的罐中，你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不必比另一方向施更多的力。

当船以任何速度前进，只要是匀速的，你将发现，上述观察的现象依旧，你无法用任何现象判定船是运动还是不动……”

…，

、牛顿力学的不变性

力学规律在任何惯性参考系中都是相同的。

还可以表述为：在任何惯性参考系中无法用任何力学实验判断该参考系相当于另一个参考系是静止的还是做匀速直线运动，即任何惯性参考系都是平权的。

二、相对性原理与麦克斯韦电磁规律之间的矛盾（光速引起的困难）

牛顿的伽利略相对性原理是作为基本假设提出来的，它之所以为人们接受承认，一方面是牛顿力学在解决力学问题获得的巨大功；另一方面观察结果与人们的经验相符。

但是十九世纪中叶，人们在研究与物体运动有关的电磁现象时，发现在电磁现象的规律不符合相对性原理。

其中最典型的就是光速的问题：

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