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相对论的提出及其适用范围

时间:2023-07-04 理论教育 版权反馈
【摘要】:1905年,爱因斯坦发表第三篇论文,题为《论动体的电动力学》。科学家们之所以会将线圈和磁铁的运动分割开来主要是因为他们相信以太系即绝对静止的存在。通过磁铁与线圈的例子,结合有关光本质的其他实验,爱因斯坦断定绝对静止的观点有纰漏,而且不必要。以此,爱因斯坦提出了“相对论”:在参照系下,力学、热动力学和光学的所有定理同样成立。特别需要注意的是,相对论只适用于惯性坐标系中移动的物体。

相对论的提出及其适用范围

1905年,爱因斯坦发表第三篇论文,题为《论动体的电动力学》。论文开篇引入了一个非常简单的例子,这个例子对维多利亚时期电磁领域的研究者来说并不陌生,包括迈克尔·法拉第磁铁在线圈中运动时会产生电流,如果磁铁位置固定,让线圈绕磁铁运动,同样也会产生电流。爱因斯坦对电非常熟悉,他经常帮助他的代数启蒙人雅各布叔叔焊接发电机中的磁铁和线圈。爱因斯坦在专利所的工作也意味着他需要经常检验各种机电设备

法拉第时代以来,人们对这一现象有两种不同解释:一是移动的磁铁能够产生电流,另一个是移动的线圈可以产生电流。爱因斯坦不认同,他认为这与谁移动没有关系,真正的原因是这两者的相对运动。他说:“从根本上把两者区分开来,我无法接受。”

科学家们之所以会将线圈和磁铁的运动分割开来主要是因为他们相信以太系即绝对静止的存在。以太是一种神秘莫测的物质,迈克尔逊与莫雷并未发现它存在的证据。

通过磁铁与线圈的例子,结合有关光本质的其他实验,爱因斯坦断定绝对静止的观点有纰漏,而且不必要。在论文中,爱因斯坦以轻描淡写的一句话对以太进行了全盘否定:“引入‘以太’这个概念并没有必要,这一点在将来会得以证实。本文观点不以‘绝对静止的空间’为背景。”(www.xing528.com)

以此,爱因斯坦提出了“相对论”:在参照系下,力学、热动力学光学的所有定理同样成立。

换种说法就是,物理学的一切定理在所有惯性参照系中保持不变。无论你运动速度快还是慢,往前还是往后,这样动还是那样动,那些定理保持不变,即实验结果与理论结果相符。早在1632年,伽利略就说过同样的话。伽利略和牛顿都认同在惯性坐标系中,实验无法判定观察者的运动状态。

特别需要注意的是,相对论只适用于惯性坐标系中移动的物体。一旦物体改变方向,或者速度变快或变慢,我们就可以断定它在运动。比如汽车加速或者飞机起飞,我们自身就可以感觉到,因此就没有必要说它们相对于其他物体在加速。

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