大學(xué)物理小論文 對狹義相對論的議論

1、吉秀臺(tái)吉首大學(xué)。狹義相對論的文本主題探討學(xué)生性長保學(xué)號(hào)20144419223研究所生物資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院專業(yè)年度植物科學(xué)技術(shù)(2014年)講師孫正誠被稱為副教授2015年4月-2015年6月對特殊相對論的議論【摘要】:特殊相對論是愛因斯坦在洛倫茲和龐加萊等工作的基礎(chǔ)上創(chuàng)立的時(shí)空理論，是對牛頓時(shí)間觀的擴(kuò)展和修改。愛因斯坦利用光速不變的原理建立了新的時(shí)空觀。此外，閔可夫斯基為狹義相對論提供了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，將該理論納入了具有閔可夫斯基測量的四維空間的幾何中。關(guān)鍵詞:愛因斯坦，狹義相對論，時(shí)空概念一、歷史背景牛頓力學(xué)是狹義相對論在低速情況下的近似值。伽利略變換與電磁學(xué)理論的不一致直到19世紀(jì)末，以麥

2、克斯韋方程為核心的古典電磁理論的正確性已經(jīng)通過無數(shù)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，但麥克斯韋方程的狹義相對論基本原理并沒有隨著古典力學(xué)的伽利略變換而具有共變性。經(jīng)典力學(xué)的相對性要求伽利略的轉(zhuǎn)換中所有物理定律的共變性。在這種背景下，有特殊的相對論。二、狹義相對論的基本思想1.相對論：物理定律在所有慣性系中具有相同的數(shù)學(xué)形式。2.光速不變的原理：真空中的光通量是與慣性系無關(guān)的常數(shù)。3.洛倫茲坐標(biāo)變換(z軸方向):x= (x-ut) y=y z=z t= (t-ux/c 2)4.速度轉(zhuǎn)換：v (x)=(v (x)-u)/(1-v (x) u/c 2)v (y)=v (y)/( (1-v (x) u/c 2)v (z)=v

3、 (z)/( (1-v (x) u/c 2)5.標(biāo)尺效果：l=l/或dl=dl/6.時(shí)鐘速度效果：t=或dt=d/7.光的多普勒效應(yīng)：(a)=sqr(1-)/(1 )(b)(光源和探測器沿直線運(yùn)動(dòng)。)，以獲取詳細(xì)信息8.動(dòng)量表達(dá)式：p=mv=mv，即m=m9.相對論動(dòng)力學(xué)的基本方程式：f=dp/dt10.質(zhì)量方程式：e=mc 211.能量動(dòng)量關(guān)系：e 2=(e0) 2 p 2c 2三、誕生和發(fā)展過程19世紀(jì)末，物理學(xué)家湯姆森在國際會(huì)議上說：“物理大樓已經(jīng)建成，以后的工作只是內(nèi)部裝飾和油漆。”他說：“建筑物上還飄著兩塊烏云。麥克德森后天測試結(jié)果和黑體輻射的紫外線慘案”，他補(bǔ)充說，為了解決這兩個(gè)問

4、題，物理學(xué)發(fā)生了重大革命，導(dǎo)致了相對論和量子力學(xué)的誕生。在電動(dòng)力學(xué)麥克斯韋方程建立的那天，人們發(fā)現(xiàn)它不包括參考框架問題。利用經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空理論討論電動(dòng)力學(xué)方程如何解釋伽利略變換的麥克斯韋方程和亥姆霍茲、達(dá)勒姆貝爾等方程在不同的慣性系下具有不同的形式？1905年，愛因斯坦經(jīng)過幾十年的探索，創(chuàng)立了狹義相對論。相對論是時(shí)空理論。要理解特殊相對論的時(shí)空理論，首先要理解古典時(shí)空理論的內(nèi)容。愛因斯坦在1922年12月4日日本京都大學(xué)發(fā)表的名為我是怎樣創(chuàng)立相對論的？的演講中，說明了相對論的出現(xiàn)和發(fā)展過程。他說：“我不太清楚我是如何確立相對論的概念的。我的想法受到過很多神秘復(fù)雜的事物的啟發(fā)。每個(gè)思想在生活幸福

5、論概念的發(fā)展過程中徐璐經(jīng)歷著不同的階段我第一次發(fā)展相對論的想法是17年前，說不出這個(gè)想法是從哪里來的。但是我確實(shí)包含在運(yùn)動(dòng)物體的光學(xué)特性問題中。光通過以太傳播，地球在以太中運(yùn)動(dòng)。也就是說以太在地球上運(yùn)動(dòng)。我試圖在物理文獻(xiàn)中找到以太網(wǎng)流的明顯實(shí)驗(yàn)證據(jù)，但沒有成功。之后，我想直接證明以太相對于地球運(yùn)動(dòng)，或者證明地球運(yùn)動(dòng)。第一次想到這個(gè)問題的時(shí)候，我沒有懷疑以太網(wǎng)的存在，也沒有懷疑地球通過以太網(wǎng)運(yùn)行?！币虼?，他構(gòu)思了使用兩個(gè)熱電偶的實(shí)驗(yàn)。也就是說，設(shè)置一個(gè)反射鏡，使來自單個(gè)光源的光在兩個(gè)不同的方向反射，一條光線平行于地球移動(dòng)的方向，另一條光線相反地移動(dòng)。想象兩個(gè)反射光束之間的能量差，可以用兩個(gè)熱電偶

6、測量產(chǎn)生的熱量差。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的想法與邁克爾遜實(shí)驗(yàn)很相似，但他沒有得到結(jié)果。愛因斯坦第一次想到這個(gè)問題的時(shí)候是學(xué)生時(shí)代，他已經(jīng)知道邁克爾遜實(shí)驗(yàn)的驚人結(jié)果，如果相信邁克爾遜的零結(jié)果的話，他很快就斷定對地球相對以太網(wǎng)運(yùn)動(dòng)的想法是錯(cuò)誤的。他說：“這是把我引向特殊相對論的第一個(gè)方法。從那時(shí)起，我開始相信地球圍繞太陽轉(zhuǎn)，但地球的運(yùn)動(dòng)不能被任何光學(xué)實(shí)驗(yàn)探測到。”愛因斯坦有機(jī)會(huì)閱讀洛倫茲在1895年發(fā)表的論文，討論并結(jié)束了u/c (u是移動(dòng)物體的速度，c是光速)的高項(xiàng)。愛因斯坦接著想講授皮索實(shí)驗(yàn)，假設(shè)洛倫茲電子方程在真空參考框架中有效，在運(yùn)動(dòng)物體的參考框架中有效。那時(shí)愛因斯坦堅(jiān)信麥克斯韋-洛侖茲的電動(dòng)力學(xué)方程是

7、正確的。然后，由于這種議題在移動(dòng)物體的基準(zhǔn)體系中有效的假設(shè)，產(chǎn)生了光速不變的概念。但這與經(jīng)典力學(xué)的速度相加原理相反。為什么這兩個(gè)概念徐璐矛盾。愛因斯坦花了將近一年的時(shí)間修改洛倫茲理論來解釋它。偶然的機(jī)會(huì)。他在一個(gè)朋友的幫助下解決了這個(gè)問題。愛因斯坦去找他談這個(gè)難題的各個(gè)方面，突然愛因斯坦找到了解決所有困難的方法。我花了5周的時(shí)間完成了狹義相對論.愛因斯坦的理論否定了以太網(wǎng)的概念，明確了電磁場是分開的，物質(zhì)存在的特殊形式，深入分析了空間、時(shí)間的概念，建立了新的時(shí)空關(guān)系。1905年，他的論文被世界公認(rèn)為第一篇關(guān)于相對論的論文，他是第一位真正的相對論物理學(xué)家。四、狹義相對論的反對者長期以來，狹義相對

8、論專家一直使公眾不能理解狹義相對論；公眾必須把它視為偉大的真理。這是對大眾智慧的蔑視和褻瀆。狹義相對論成為現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的障礙。從對微觀世界的認(rèn)識(shí)混亂到宇宙學(xué)的混亂，禍根是特殊相對性論。特殊相對論和隨之而來的相對主義實(shí)證論的負(fù)面影響滲透到了社會(huì)生活的方方面面。當(dāng)今社會(huì)，封建迷信活動(dòng)和邪教過于猖獗，與狹義相對論密切相關(guān)。今天流行的一些異端理論大部分來自特殊相對論及其衍生產(chǎn)品“第四度空間”、“時(shí)間隧道”、“大爆炸宇宙”、“黑洞”等偽理論。例如霍金說，牛頓和愛因斯坦可以玩同桌游戲，科幻電影中漂亮的姑娘通過時(shí)間隧道與歷史皇帝談?wù)搻矍榈?，是鬼神理論的代表。毫不夸張地說狹義相對論是他們的理論總支持者。狹義相

9、對論無疑是現(xiàn)代科學(xué)，尤其是基礎(chǔ)理論發(fā)展的嚴(yán)重障礙。擁護(hù)和反對狹義相對論的斗爭不僅是學(xué)術(shù)上的爭論，也是科學(xué)史上僅有一次的混亂，是觀念主義和唯物論的斗爭。五、學(xué)者對狹義相對論的命運(yùn)、狹義相對論的討論(1)拋棄狹義相對論是歷史的必然?！扒逅闶菬o法阻止的。最終流向東方。著名的理論物理學(xué)家韋斯萊博士說：“相對論的時(shí)代已經(jīng)結(jié)束了?！笨茖W(xué)界面臨著任何勢力都無法阻擋的空前革命?？茖W(xué)要發(fā)展，學(xué)問要交流，批判是必須的。沒有學(xué)術(shù)爭論或?qū)W術(shù)批評，科學(xué)發(fā)展將停滯不前。此外，我們面前有邏輯錯(cuò)誤、錯(cuò)誤多的特殊相對論?？茖W(xué)總是從審查、拋棄錯(cuò)誤的理論、拋棄舊的學(xué)說或舊的理論發(fā)展而來。特殊相對論的荒謬概念，如果不清算錯(cuò)誤的理論，

10、現(xiàn)代迷信活動(dòng)和偽科學(xué)就無法消失。一句話，特殊相對論不是批判性的，沒有科學(xué)發(fā)展的障礙，精神文明發(fā)展的阻力總是存在的。批判特殊相對論、正本清源，是科學(xué)持續(xù)發(fā)展、人類文明進(jìn)步的需要。它關(guān)乎世界科學(xué)的未來和人類自身的命運(yùn)。作弊的基本理論實(shí)際上是投資最少、消費(fèi)最少、受益最大、影響最大的明智措施。普及基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)，提高全民素質(zhì)，推動(dòng)知識(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，是當(dāng)代功勛事業(yè)，其實(shí)際和歷史意義是不可估量的。創(chuàng)新是民族進(jìn)步的靈魂。中國學(xué)者有責(zé)任在這次科學(xué)革命中制定通過科學(xué)和教育振興國家的戰(zhàn)略，占據(jù)基礎(chǔ)科學(xué)的高點(diǎn)，將祖國列入世界先進(jìn)科學(xué)技術(shù)國家的行列，做出前人沒有做出的歷史性貢獻(xiàn)。解放思想，追求實(shí)用主義，開展對特殊相對論的

11、批評，實(shí)際是科教興國的必要和緊迫。(2)特殊相對性論的顛覆已經(jīng)具備了以下條件：通過唯物主義、實(shí)事求是、科學(xué)發(fā)展概念的教育，既認(rèn)識(shí)到特殊相對論的錯(cuò)誤和危險(xiǎn)，又產(chǎn)生了一批挑戰(zhàn)特殊相對論的科學(xué)家。黨和國家的百花齊放、百家爭鳴的方針、改革開放的政策為挑戰(zhàn)特殊相對性論創(chuàng)造了較好的社會(huì)環(huán)境。研究表明，相對論專家只能用“不能解釋”牛頓的時(shí)間觀，用相對論“可以解釋”的現(xiàn)象，沒有“悖論”的情況下，可以用牛頓的時(shí)間觀來解釋。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為學(xué)術(shù)思想的普及奠定了廣闊的舞臺(tái)。(3)推翻狹義相對論還需要相當(dāng)長的時(shí)間。因?yàn)?00年的宣傳，狹義相對論在有生之年產(chǎn)生了比較深的影響。以特殊相對論的宣傳為職業(yè)的狹義相對論支持者也

12、具有學(xué)問的支配力。大多數(shù)人不理解狹義相對論，不在乎。因此，推翻狹義相對論還需要一定的時(shí)間，還要做出犧牲。摘要狹義相對論成立后，對物理學(xué)起了很大的推動(dòng)作用。并且深入到量子力學(xué)的范圍，成為研究高速粒子不可缺少的理論，取得了豐碩的成果。但是成功的背后還存在兩個(gè)尚未解決的原則問題。首先是慣性系帶來的困難。拋棄絕對時(shí)空后，慣性系成為無法定義的概念。慣性系可以說是慣性定律確立的基準(zhǔn)系。慣性定律的本質(zhì)是保持不被外力移動(dòng)的物體靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。但“不受外力作用”是什么意思呢？沒有外力只是意味著一個(gè)物體可以在慣性系內(nèi)停止或以一定的速度直線移動(dòng)。如果這樣慣性系的定義陷入邏輯周期，那么這種定義是無用的。我們

13、總能找到非常近似的慣性系，但宇宙中并不存在真正的慣性系。整個(gè)理論就像建在沙灘上一樣。二是萬有引力帶來的困難。萬有引力定律絕對與時(shí)空緊密相連，必須加以修正，但任何試圖通過洛倫茲變換改變情況的嘗試都失敗了，萬有引力不能編入特殊相對論的框架。當(dāng)時(shí)在物理界只發(fā)現(xiàn)了重力和電磁力兩種力量，其中一種突出引起了麻煩，當(dāng)然情況不會(huì)令人滿意。愛因斯坦在短短幾周內(nèi)就確立了狹義相對論，但為了解決這兩個(gè)難題，建立廣義相對論花了整整10年的時(shí)間。愛因斯坦為了解決第一個(gè)問題，干脆消除了相成界的理論特位，將相對論擴(kuò)大到了鄭智薰慣性系。所以第一個(gè)問題轉(zhuǎn)化為鄭智薰慣性系統(tǒng)的時(shí)空結(jié)構(gòu)問題。非慣性系遇到的第一個(gè)攔網(wǎng)是慣性力。深入研究慣性力后，提出了著名的等因素，發(fā)現(xiàn)參考系統(tǒng)問題有可能與重力問題一起解決。經(jīng)過幾次周折，愛因斯坦終于建立了完整的廣義相對論。一般相對論震驚了所有物理學(xué)家，重力比想象的要復(fù)雜得多。到目前為止，愛因斯坦的場方程也必須提出幾個(gè)渡邊杏的確實(shí)解法。那種美麗的數(shù)學(xué)形式至今使物理學(xué)家們大吃一驚。一般相對論取得了巨大成就，哥本哈根學(xué)派創(chuàng)立和發(fā)展的量子力學(xué)也取得了重大突破。但是物理學(xué)家很快發(fā)現(xiàn)，兩種主要理論不能相容，至少一種需要修改。愛因斯坦和哥本哈根的著名辯論。到目前為止，爭論不斷，但越來越多的物理學(xué)家更傾向于量子