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1、第六章 相对论与量子 论初步n前面我们所学的主要是以牛顿力学为基础的力学 体系（包括物体运动的描述、力与运动的关系， 功和能的关系等），这些都是以牛顿三大定律为 基础，称之为经典力学。n牛顿力学是声学、光学、热学、电磁学赖以存在 的基础n在十七世纪牛顿力学形成之后，它对科学技术的 发展起了巨大的推动作用。n 经典的力学 与经典物理学“已 经结合成一座具有 庄严雄伟的建筑体 系和动人心弦的美 丽庙堂”德国物理学家劳厄n“在已经建立的科学大 厦中，后辈的物理学 家只要做一些零碎的 修补工作就行了。”n“未来的物理学，其真 理不得不在小数点后 第六位去寻找。”英国物理学家开尔文n但是，进入二十世纪，
2、物理学研究的领域开 始深入到了微观高速领域，微观：空间尺度10-10m 如原子、电子等 高速：速度为光速或接近以光速 3108m/sn这时人们发现牛顿力学在这领域不再适用了n用开尔文的话说：“在物理学晴朗的天空的远处还有 两朵小小的令人不安的乌云”n这两朵乌云指的是当时物理学理论无法解释的两个 实验n 迈克尔孙-莫雷实验、热辐射实验n这两个朵乌云，不久之后酝酿成物理学的一场巨大 的变革，这场变革直接导致了二十世纪初相对论和 量子论的诞生，是物理学从经典物理向近代物理转 化的标志n 相对论高速运动世界n 量子论微观世界n牛顿力学是用绝对空间和绝对时间的概念来 描述时间与空间。1、经典力学的时空观
3、所谓绝对空间是指长度的量度与参照系无关；绝对时间是指时间的量度与参照系无关这就是说，两点之间的距离， 无论在那个参考系中测量都是一样的； 同样，前后发生的两个事件之间的时间， 无论在那个参考系中测量都是一样的按照这种观点：时间和空间是彼此 独立，互不相关并且独立于物质和 运动之外的，不受物质和运动的影 响。绝对时空观牛顿本人曾说：“绝对空间，就其本性而言与外界任何事物无关，而永远是相同的和不动的”，“绝对的、真正的和数学上的时间自己流逝着，并由于它的本性而均匀地与任何外界对象无关地流逝着。”2、经典的相对性原理不同的参考系中观察物体的运 动情况可能不同，物体在运动这 一概念也是相对光速 v光速
4、 c-v v 光速 c+v 光速具有相对性！n 一直以来，很多科学家都在努力地想用实验来 验证光速的这种相对性。n 物理学家迈克尔孙和莫雷合作，做了高精度的 光的干涉实验，也就是迈克尔孙-莫雷实验。但都未 能得到上述的结论。恰恰相反，实验现象切表明， 不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是恒 定的。n 光速恒定的现象 ，同运动的相对性原理之间似 乎产生了矛盾？n 这个时候整个物理学界陷入困惑 ？爱因斯坦现代时空的创始人20世纪最伟大的科学家 爱因斯坦对这个问题进行 了深入研究，并在1905年发表了论文 论动体的电动力学在这篇论文里对上述问题 作出了对整个物理学界乃 至整个科学界都有变革意
5、义的回答相对论的时空观念与人们固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大的内容。这使人们想起英国诗 人波谱歌颂牛顿的诗句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，自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中， 上帝说：上帝说：“让牛顿去吧，让牛顿去吧，”于是一切都成为光明。于是一切都成为光明。后人续写道后人续写道: : 上帝说完多少年之后，上帝说完多少年之后， 魔鬼说：魔鬼说：“让爱因斯坦去吧，让爱因斯
6、坦去吧，”于是一切又回到黑于是一切又回到黑 暗中。暗中。在这篇论文中，爱因斯坦提出了两个假设并在这两个假设的基础上构筑了狭义相对论力学二. 爱因斯坦假设1. 爱因斯坦相对性原理所有的物理学规律在一切惯性系中都有相同 的形式惯性参照系：牛顿定律适用的参照系（静止或匀速直线运动的参照系）乙甲不论是在地面上还是在匀速运动的车上， 做平抛运动的物体规律都一样。2. 光速不变原理在一切惯性参照系中，测量到真空中的光速c 都一样也就是说，不管光源与观察者的相对运动如何，在任一惯性系中的观察者所观测到的真空中的 光速都是相等的，爱因斯坦相对性原理所有物理规律在一切惯 性参照系中都具有相同 的形式光速不变原理在一切惯性参照系中， 测量到的真空中的光速 c都一样就是在这两个假设的基础上 爱因斯坦建立了一套完整的理论狭义相对论三、 狭义相对论时空观v1、时间延缓效应（时钟 变慢） v高速运行的列车上，由车厢底部发出的闪光，对于车 上的人来说，闪光是在竖直方向反射的，而车厢外的 人认为被接收的反射光是沿斜线传播的2、长度收缩 效应n按照狭义相对论，不仅时间与运动有关，空 间也与运动有关，这就是长度收缩效应。n如刻度尺，相对与观察者静止时，测量它的 长度是，若让它相对与观察者以v的速度沿 自身长度方向运动，此时测量的长度为n可以发现：
