背景资料 相对论的诞生

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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：

光是电磁波；由于真空介电常数和磁导率是与参考系无关的常量，因此c也应是与参考系无关。这就是在任何参考系中测得的光在真空中的速度都应该是同一数值。

但是，根据相对性原理，若以c表示某一参考系K中测得的真空中光的速度，

c′为以u运动的K′系中测得的光在真空中的速度，根据伽利略变换，就应有：c′=c—u

第一种情况人看到的光速应是c，第二种情况应是c+v，第三种情况应是c－v。

但是实验现象表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是恒定的．

任何参照系中测得的光在真空的速率都应该是这一数值

这一结论还特别为后来的很多精确的实验所证实，最著名的是1887年迈克尔逊和莫雷所做的实验。它们都明确无误地证明光速的测量结果与光源和测量者的相对运动无关，亦即与参照系无关。

可见光和电磁波的运动不服从伽利略相对原理.光速恒定的特性，同运动的相对性原喇间似乎产生了矛盾？

矛盾激发：“在不同的惯性系中光速不同”——“任何参考系中光速度都应该是同一数值”，明相对性原理涉及到接近光速的高速领域产生了明显的困难。

当时人们为了解决这个困难，提出了三种可能：

（1）麦克斯韦电磁理论有错，正确的电磁方程组应满足伽利略不变性。

（）牛顿力学与麦克斯韦电磁理论都对，但麦克斯韦电磁理论只在某一特殊的惯性系成立。

（）牛顿力学与伽利略变换不对，应存在某种变换，麦克斯韦电磁理论在这种新的变换下具有不变性。这意味着经典牛顿力学要作修改，修改后的力学方程在新的变换下具有不变性。

三、狭义相对论的两个基本假设

19世纪后半叶和0世纪初，物理学家们曾经猜想，有一种叫做以太的介质，弥漫在宇宙中，它是电磁波传播时所需要的介质，拿以太做参考系时麦克斯韦的电磁理论才成立．今天看来，以太是某一特殊参考系的代表．麦克尔逊实验表明不存在这样的特殊参考系，实际上就是宣布宇宙间不存在以太．

上述的矛盾使物理学家面临两个选择，一是修正现有的理论，去迎合实验结果（这相对比较容易，但常常无效另一种主张彻底摆脱“麦克斯韦电磁理论只适用于某一特殊的惯性系”，创立全新的理论。爱因斯坦、庞加莱等人选择了后者．并提出了两个假设：

狭义相对论的两个基本原理：

1爱因斯坦相对性原理———切物理定律，在不同的惯性系中是相同的…,

2光速不变原理——光在真空中的传播速度在不同的惯性系中测得的数值都是相同的，与光源、观察者是否相对运动无关

就是在看来如此简单且最一般的两个假设的基础上爱因斯坦建立了一套完整的理论——狭义相对论

对两个基本原理的正确理解：

1自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁学规律等其他所有的物理学规律；

2强调真空中的光速光速不变指大既不依赖于光源或观察者的运动，也不依赖于光的传播方向

3几十年来科学家采用各种先进的物理技术测量光速，结果都不违背光速不变原理。

两个结论被称为假设呢？虽然这两个假设可以由麦克尔逊实验直接推出，但这毕竟是有限的几次实验，只有用这个假设得出大量的结论与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理，这才是科学的态度。

相对论的时空观念与人们固有的时空观念差别很大，很难被普通人所理解。人们都称赞爱因斯坦伟大，但又常常弄不懂这伟大的内容。这使人们想起英国诗人波谱歌颂牛顿的诗句:

自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中，

上帝：“让牛顿去吧，”

于是一切都成为光明。

但是，光明并不久长，

魔鬼又出现了，

上帝咆哮：“让爱因斯坦降生吧”，

就恢复到现在这个样子。

于是一切又回到黑暗中。