爱因斯坦为什么要提出相对论?李永乐老师讲寻找以太的实验

作者: admin 分类: 科学 发布时间: 2021-08-25 13:39

        今天呢我们想讨论一下爱因斯坦为什么要提出狭义相对论。为了解释这个问题呢,首先我们必须从物理学在近代刚刚开拓的一个人物说起。这个人物呢就是伽利略。伽利略在他的名著。关于两种世界体系的对话里面提出了著名的相对性原理,也叫伽利略相对性原理。

        伽利略相对性原理是说。在一个惯性参考系内部,你无法通过实验来确定这个惯性参考系的速度。比如说呢如果有一个。车。在地面上静止,我们在车里做物理实验,比如做一个物体自由落体的实验,我们会发现它会直着往下掉。那么如果这个车呢是运动的。最初。

        这列车呢正在匀速向右运动,一个小球掉下来的话,从地面上看,这个小球会斜着走。原因是小球具有出速度,所以它水平方向跟车。一样以速度V运动竖直方向又自由落体,所以它的合速度呢是斜着的,小球会斜着走。但是如果这个人站在车里去看小球,依然是竖直状态,数值向下落的。这也就和第一种情况一样。换句话说,伽利略说呢你在这个封闭车厢里做的所有物理实验都没有办法确定这个封闭撤销它速度。

        那么我们到底能不能确定一个参考系的速度呢?牛顿呢又提出了第二个理论,牛顿说绝对参考系是存在的,它可以通过一个水桶实验证明这件事儿。牛顿水桶实验。牛顿说呢,我们把一个水桶里面装上水。啊,这个水桶装上水,本来呢这个水面呢应该是平的啊,应该是平的。但是如果我们让这个水桶绕着中间这个轴旋转起来。我们就会发现这个水桶啊它不再是平面了,而是出现了一个凹型的水面。这就是当他旋转起来的。时候,于是牛顿提出,你看如果这个系统啊是静止的,那么这个水面呢就是平的。

        如果这个系统是运动的。那么这个水面呢就是凹的。从此我们可以通过是瓶还是凹来判断这个系统到底是静止的还是运动的。对于牛顿的这种说法,他的直接结论就是自然界存在一种绝对静止的参考系。人们可以把这种参考系称为以太参考性,但是对于这种理论也有很多不同的意见。

        比如说马赫就说呢牛顿这个想法是错的啊,因为呢这个水桶旋转实际上是相对于日月星辰。如果你让水桶不动,日月星辰旋转起来,那水桶也会里面的水面向下弯。谁对谁错,似乎成了一个哲学问题,人们也无法争论。直到后来呢人们发现了光啊可以在真空中传播,这个问题变得越来越尖锐了。为什么呢?因为我们知道一个波传播时相对于介质的,但是光可以在真空中传播,那真空的介质又是什么呢?人人们重新回到了以太这个问题上。是有形形色色寻找以太的实验,比如著名的迈克尔孙莫雷实验就是寻找以太的。

        迈克尔森,我们在上一个视频中已经谈到了。迈克耳孙。莫雷,这是两个人啊。勋章以太太实验,那么这个实验是怎么做的呢?咱们大概说一下啊,迈克耳孙莫雷实验是这样说的,就是我们知道啊,假如说光是在以太中传播的。而以太呢相对于地面又有一定的速度啊,那么假如说我这儿有一个光源啊,只有一个光源,那么以太呢他相对于地面的速度是V。于是我们就知道啊这个光源向右发出的光相对于地面上看。

        速度就已经不是光速C了,而是什么呢?而是C加V为什么呢?因为光速是相对于以太的,而以太的速度是V所以光相对于地面就是crv。如果这个光向左传播,他就会逆着以太运动。因为它相对于以太的速度是V所以他相对于地面的速度就是C减V。如果这个光想相对于地面向上,发射速度又是多大呢?你要注意,因为光速是相对于以太的,以太泰先用运动。所以如果你希望这束光相对于地面发射。那么相对于以太光必须是斜着发的。也就是说相对于以太的速度,C是这样。

        在这个速度下呢,光速可以进行分解。有一个向左的速度V以抵消以太的速度,这样一来他才可以相对于地面向上发。于是光向上发的这个速度就是根号下C方减。并发高股定理对吧?那么迈克尔孙莫雷那就通过这种方法来寻找以太,他的实验装置是这样的,让一束光发射过来,发射过来之后呢,这里有一个半反半透镜。半反半透镜,那么这束光呢可以发生反射。向上发射,经过一个平面镜。反射之后再回来,回来之后呢,经过这个玻璃折射,然后向下发射,进入到一个接收装置当中。那么这束光呢也可以在这儿啊透过去,因为他是半反半透的啊,我们换一种颜色的笔说一下透射光。这个透射的光呢这个透射过来了。透射过来了之后往前传播往前传播。

        这时候呢这里也有一个反射镜,通过反射镜反射再向下传播。啊,那么于是就会出现两束光一和2。这两束光呢,我们假设乙太尸正在向右运动的。那么我们知道当你过去的时候,速度啊光速相对于地面就是CGRV而回来的时候,光速相对于地面是C减B所以来回一次的时间T2就出来了。是L除以C加RV加LL除以C减V这个L呢是这个距离啊。那么如果你先向上发,又向下发呢,这个速度我们刚才推导出来就是根号下C方减V方。根号下C方减V方,我们让这个距离也是L所以他上下来回一次的时间,T一就是2L除以根号下C方减B方。显而易见,这两个时间是不相等的。因为这两个时间是不相等的,所以我们探测一下这两束光,到达这个光平时的条纹间距啊,干涉条纹的。变化就可以知道时间差,进而我们就可以算出地面和以太之间的相对速度。

        原本的迈克耳孙和莫代是希望做到这一点,但是他们做了很多次实验。怎么也找不到这个以太的速度,人们说那是不是说以太相对于地面是静止的,这也不可能,为什么呢?因为啊地球啊是在围绕太阳旋转的,地球在围绕太阳旋转的时候呢,他每时每刻的速度是不一样的。吧,那么你不可能以太一直都相对于地球是静止的吧,于是这就成为一个物理学界因这个阴魂不散的阴云啊,称之为两朵乌云之一。人们呢找不到以太,但是呢因为光在传播中需要一个戒指,人们有需要仪态,这个问题怎么办?人们始终没有想明白啊,知道15 18年之后,爱因斯坦出现了。爱因斯坦说呢,其实光的传播是不需要参考系的。换句话说,光在所有参考系中传播速度都是一样的。而ax坦的这个结论才真正解释了以太为什么是不存在的。那么如果以太是不存在的,光相对于任何参考系的速度都一样,自然就要引出一个结论,不同参考系下他的空间距离和时间都是要有变化。

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