1.1 狭义相对论基本假设
基本概念
惯性参考系:牛顿定律均成立。
力学相对性原理:(伽利略提出)(注意:不是牛顿!)
在任意惯性参考系中,都不可能通过任何力学试验来确定该参考系处于静止或匀速直线运动。
力学定律在所有惯性系中都是等价的,具有相同的形式。
经典时空观:时间和距离 与 参考系无关,符合日常经验。
爱因斯坦相对性原理
物理定律对所有惯性系都具有相同形式
嗯,对,挺好理解的吧,那就不解释了。
光速不变原理
在任何参考系中,真空光速\(c=\frac{1}{\sqrt{μ_0·ξ_0}}≈2.99792458×10^8m/s\)不变
需要解释一下,如你在一架极快的飞机上测量光速,所得的数值依然等于\(c\),而不是\(飞机速度-c\),因为在你的参考系内光速不变。其实主要是因为运动的物体时间的流逝会变慢,在1.3 爱因斯坦延缓(钟慢效应)中会详细讲解。
这是个非常重要的概念,几乎可以说相对论就是基于它建立起来的(至少我是这么理解的)。
以下证明光速恒定且是宇宙中最快的速度的四个实验
发射假说:光速与光源的运动无关
M1星云(现为蟹状星云),距地球约6500光年。
1054年超新星在金牛座ζ星东北面爆发的现象被地球观测者观测到。
《宋会要》记载:
“嘉祐元年三月,司天监言:‘客星没,客去之兆也’。初,至和元年五月,晨出东方,守天关,昼见如太白,芒角四出,色赤白,凡见二十三日。”
该爆发遗骸(蟹状星云)膨胀率为\(0.21″/年\)
分析:抛射物向各方向飞射
若“发射假说”成立,则A、B所发的光,则到达地球时间分别为
\(t_A=\frac{L_{地球-M1}}{c+u}\) \(t_B=\frac{L_{地球-M1}}{c-u}\)
\(u≈1500km/s\)
\(L_{地球-M1}≈6300光年\)
\(⇒t_A-t_B=32年\)
但是蟹状星云只亮了2年,可见“发射假说”不成立。
故:光速与光源的运动无关
斐索实验
实验本身是基于现在看来错误的以太论,实验的目的是为了考察介质的运动对在其中传播的光速有何影响,从而判断以太是否被拖曳。
光束由光源发出后,经过半透镜后分为两束,一束光与水流方向一致,另一束光则与水流方向相反并测量两束光的光速。
结论:介质的运动对在其中传播的光速无影响。
迈克尔逊-莫雷实验
是1887年迈克尔逊和莫雷在美国克利夫兰做的用迈克尔逊干涉仪测量两垂直光的光速差值的一项著名的物理实验。它的本意是验证“以太论”的正确性,但却验证了“以太”物质的不存在。
结论:光速与参照系无关