爱因斯坦建立狭义相对论的两个基本假设

如题所述

1、狭义相对性原理:

一切物理定律(除引力外的力学定律、电磁学定律以及其他相互作用的动力学定律)在所有惯性系中均有效。

或者说,一切物理定律(除引力外)的方程式在洛伦兹变换下保持形式不变。不同时间进行的实验给出了同样的物理定律,这正是相对性原理的实验基础。 

2、光速不变原理:

光在真空中总是以确定的速度c传播,速度的大小同光源的运动状态无关。在真空中的各个方向上,光信号传播速度(即单向光速)的大小均相同(即光速各向同性)。

光速同光源的运动状态和观察者所处的惯性系无关。这个原理同经典力学不相容。有了这个原理,才能够准确地定义不同地点的同时性。

扩展资料:

理论意义:

狭义相对论把力学和电磁学在运动学的基础上统一起来,揭示了作为物质存在形式的空间和时间在本质上的统一性以及同物质运动的联系。

狭义相对论的时空观,通过H.闵可夫斯基的工作得到重大发展。闵可夫斯基于1907年提出了空时四维表述形式,即在通常的空间三个坐标以外。

引进第四个以光速和时间的乘积为尺度的虚坐标,这样就可以方便地用四维空间中的几何图形来表示事件(称为“世界点”)及其变化过程(称为“世界线”)。

在闵可夫斯基空间中,原来三维空间的距离和时间的间隔两者各自独立的不变性虽然不再成立,但两者的结合体仍然是不变的。因此,他把这一观点称为“绝对世界的假设”。

参考资料来源:百度百科——狭义相对论

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第1个回答  2009-12-19
相对论是关于时空和引力的基本理论,主要由阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)创立,分为狭义相对论(特殊相对论)和广义相对论(一般相对论)。相对论颠覆了人类对宇宙和自然的“常识性”观念,提出了“时间和空间的相对性”、“四维时空”、“弯曲空间”等全新的概念。狭义相对论科学假说于1905年由年仅26岁的业余科学爱好者阿尔伯特·爱因斯坦正式公开发表,广义相对论科学假说于1915年由时任威廉皇帝物理研究所所长和柏林大学教授的年仅36岁的阿尔伯特·爱因斯坦正式公开发表。

早在爱因斯坦16岁时,爱因斯坦就从书本上了解到光是以很快速度前进的电磁波,他产生了一个想法,如果一个人以光的速度运动,他将看到一幅什么样的世界景象呢?他将看不到前进的光,只能看到在空间里振荡着却停滞不前的电磁场。这种事可能发生吗?

19世纪理论物理学被当时的科学界愚蠢地认为是达到了巅峰状态,但其中也隐含着巨大的危机。海王星的发现显示出牛顿力学无比强大的理论威力,电磁学与力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整,并被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的庙堂”。在人们的心目中,古典物理学已经达到了近乎完美的程度。德国著名的物理学家普朗克年轻时曾向他的老师表示要献身于理论物理学,老师劝他说:“年轻人,物理学是一门已经完成了的科学,不会再有多大的发展了,将一生献给这门学科,太可惜了。”

爱因斯坦似乎就是那个将构建崭新的物理学大厦的人。在伯尔尼专利局的日子里,爱因斯坦广泛关注物理学界的前沿动态,在许多问题上深入思考,并形成了自己独特的见解。在十年的探索过程中,爱因斯坦认真研究了麦克斯韦电磁理论,特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学。爱因斯坦坚信电磁理论是完全正确的,但是有一个问题使他不安,这就是绝对参照系以太的存在。他阅读了许多著作发现,所有人试图证明以太存在的试验都是失败的。经过研究爱因斯坦发现,除了作为绝对参照系和电磁场的荷载物外,以太在洛伦兹理论中已经没有实际意义。于是他想到:以太绝对参照系是必要的吗?电磁场一定要有荷载物吗?

爱因斯坦喜欢阅读哲学著作,并从哲学中吸收思想营养,他相信世界的统一性和逻辑的一致性。相对性原理已经在力学中被广泛证明,但在电动力学中却无法成立,对于物理学这两个理论体系在逻辑上的不一致,爱因斯坦提出了怀疑。他认为,相对论原理应该普遍成立,因此电磁理论对于各个惯性系应该具有同样的形式,但在这里出现了光速的问题。光速是不变的量还是可变的量,成为相对性原理是否普遍成立的首要问题。当时的物理学家一般都相信以太,也就是相信存在着绝对参照系,这是受到牛顿的绝对空间概念的影响。19世纪末,马赫在所著的《发展中的力学》中,批判了牛顿的绝对时空观,这给爱因斯坦留下了深刻的印象。 1905年5月的一天,爱因斯坦与一个朋友贝索讨论这个已探索了十年的问题,贝索按照马赫主义的观点阐述了自己的看法,两人讨论了很久。突然,爱因斯坦领悟到了什么,回到家经过反复思考,终于想明白了问题。第二天,他又来到贝索家,说:谢谢你,我的问题解决了。原来爱因斯坦想清楚了一件事:时间没有绝对的定义,时间与光信号的速度有一种不可分割的联系。他找到了开锁的钥匙,经过五个星期的努力工作,爱因斯坦把狭义相对论呈现在人们面前。

科学假说的提出应当基于现实的客观现象,做到有理、有据、有力!新的科学假说既要能够解释已有客观现象,又要解释新的观测现象,还要能够预言新的未知现象,当预言的新现象出现之时,就是新的科学假说被确认之时。例如,1919年爱因斯坦广义相对论的预言为日食观测所证实,从此广义相对论由科学假说升级为科学界承认的科学理论。

在经典物理学中,时间是绝对的。它一直充当着不同于三个空间坐标的独立角色。爱因斯坦的相对论把时间与空间联系起来了。认为物理的现实世界是各个事件组成的,每个事件由四个数来描述。这四个数就是它的时空坐标t和x、y、z,它们构成一个四维的连续空间,通常称为闵可夫斯基四维空间。在相对论中,用四维方式来考察物理的现实世界是很自然的。狭义相对论导致的另一个重要的结果是关于质量和能量的关系。在爱因斯坦以前,物理学家一直认为质量和能量是截然不同的,它们是分别守恒的量。爱因斯坦发现,在相对论中质量与能量密不可分,两个守恒定律结合为一个定律。他给出了一个著名的质量-能量公式:E=mc2,其中c为光速。于是质量可以看作是它的能量的量度。计算表明,微小的质量蕴涵着巨大的能量。这个奇妙的公式为人类获取巨大的能量、制造原子弹和氢弹以及利用原子能发电等奠定了理论基础。

对于爱因斯坦引入的这些全新的概念,当时地球上大部分物理学家,其中包括相对论变换关系的奠基人洛仑兹,都觉得难以接受。甚至有人说"当时全世界只有两个半人懂相对论"。旧的思想方法的障碍,使这一新的物理理论直到一代人之后才为广大物理学家所熟悉,就连瑞典皇家科学院,1922年把诺贝尔物理学奖授予爱因斯坦时,也只是说“由于他对理论物理学的贡献,更由于他发现了光电效应的定律。”对爱因斯坦的诺贝尔物理学奖颁奖辞中竟然对于爱因斯坦的相对论只字未提。当时诺贝尔物理学奖评审委员会的科学家们竟然都无法理解爱因斯坦的相对论。
爱因斯坦对相对论的阐释
一个老太太在看完电影《卡门》后在电影院门口正巧遇到爱因斯坦。于是就问:“请问你就是搞相对论的爱因斯坦?”
爱因斯坦说:“是啊,你有什么问题么?”
老太太说:“你能解释一下什么是相对论么?”
爱因斯坦说:“当你在家焦急地等待你的孙子回家归来的时候,10分钟是多么的漫长,而你在看电影《卡门》的时候,100分钟是不是感觉多么的短暂!”
这一下子老太太明白了。

一位青年问爱因斯坦:“您能解释一下什么是相对论么?”
爱因斯坦说:“让一位漂亮女孩坐在你腿上和你一起呆上一个小时,你会感觉像一分钟;但如果让你坐在火炉子的火苗上呆上几秒钟,你会感觉比一个小时还长。这就是相对论。”

爱因斯坦的“靓妹-火炉实验”实验报告
关于观测者对时间流逝的感知,参照系是至关重要的,所以观测者的精神状态也许是对时间流逝感知的一个附加因素。因此爱因斯坦努力在两种显著不同的精神状态下研究时间的表观流逝。

实验方法:爱因斯坦需要找到一个火炉子和一个漂亮姑娘。不幸的是,找一个火炉子不那么容易,因为为爱因斯坦做饭的女佣禁止爱因斯坦进入厨房。不过,爱因斯坦设法秘密弄到了一个1924年生产的烤鸡蛋饼的铁篦子。因为该铁篦子能达到很高的温度,完全可以代替火炉子来做试验。因为爱因斯坦当时住在新泽西州,要找一个漂亮姑娘就更成问题了。爱因斯坦认识查理•卓别林,去他公司参加过他1931年的电影《城市之光》(city lights)的开幕式,所以爱因斯坦请求他安排爱因斯坦与他的妻子会一次面。他的妻子、电影明星戈达德有“天仙”之称,也就是说,是位美人,而且是绝色美人。

讨论:爱因斯坦坐火车去纽约见戈达德小姐,他们在中央车站一带的Oyster酒吧见了面。她靓丽又兴奋,当爱因斯坦感觉1分钟过去了的时候,他看了看表,发现已经过了整整57分钟,爱因斯坦把它取整为1小时。爱因斯坦一回到家里,就马上插上鸡蛋饼铁篦子加热,然后穿着裤子和长衬衫坐在上面。当感觉1个小时已经过去的时候,爱因斯坦站起来看了看表,发现实际上还不到1分钟。为了保持描述这两种环境时的单位一致性,爱因斯坦将就地说成是1分钟。之后,爱因斯坦叫来了一位外科医生给爱因斯坦治疗烧伤。
结论:在对时间的感知上,观测者的精神状态起着至关重要的作用。

靓妹-火炉实验也许可以解释爱因斯坦的另一句箴言:“如果我们预先就知道事情的结果,那就不能称之为研究,不是吗?”

生与死的相对论
取与舍,舍与得,塞翁失马,焉知非福?站在不同的立场或参照系来看问题,就会得出不同的结论。臧克家在《有的人——纪念鲁迅有感》中写道:“有的人活着,他已经死了;有的人死了,他还活着。有的人,骑在人民头上:‘啊,我多伟大!’有的人,俯下身子给人民当牛马。”

大自然既然赐给我们生,也必然赐给我们死,我们不可能只要这一个而不要另一个,人对于生和死没有挑拣的权利。对于生与死同样坦然接受,这样的人生才是豁达的。正是“死”提醒人们要珍惜大地之上、阳光之下的生活。这是“死”的一大功劳。

有过濒死体验经历的人不畏死,因而不讳言死。不畏死,就不怕死神突然临降。人最难预料的正是自己的死期和死的方式。对于这种终极状态的“未知”,人们唯有茫然。如能换一种思维方式,便感到上苍不让人知道自己确切的死期,的的确确是对人的厚爱。这将使人减少对于生命流转无常的忧惧,从而对未来总是抱有希望,好像浓雾弥漫的天气行走在万仞峰巅之上,因看不见深不可测的峡谷反倒身心坦然。而死神骤然临降、不及防范,死者和生者都缩短了被情感折磨的时间,大家都无可奈何地接受了一个不愿接受又不能改变的事实。送别死者后,生者肩头承继着双倍责任,继续向既定的目标走去,生活在阳光下继续下去。

濒死体验者对大多数人所忧惧的“死”看得开,又不因为看得开而懈怠身心。他那两只手,一只用来推拒死神的进逼,另一只忙碌地做着应做的事;他生就生得壮丽,因为自己的生让别人生得也好;死也死得简单些,尽量少拖累别人。这多么令人感动!
第2个回答  2019-04-23

狭义相对论有两个基本假设,第一个就是光速不变原理,这就意味着在任何参考系中,光的传播速度都是不变的,大约每秒30万公里。第二个假设就是,在任何参考系下,物理规律是不变的!

第3个回答  2009-12-08
1,物理规律对所有惯性系都是一样的,不存在任何一个特殊的(例如“绝对静止”的)惯性系。
2,在任何惯性系中,光在真空中的速率都相等。
第4个回答  2009-12-07
1,光速不变原理:光在真空中的速度与发射体(光源)的运动状态无关。

2,相对性原理:在一切惯性系中物理定律形式相同。
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