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第35章(1/3)

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1887年迈克尔逊—莫雷实验没有检测到“以太风”的存在,各种弥补以太假说开始出现:牵引假说、完全带动说、附面层牵引说、发射假说等,结果,一个个的假说都被证明不能成立。

与此同时,洛伦兹假定,原子间的作用力主要是电磁力,原子就分布在其他原子对它的电磁作用的平衡位置上面,根据麦克斯韦方程组可以计算出粒子周围的电磁场,洛伦兹电子理论推论到一系列的惊人的结论:

长度缩短:当粒子以速度u相对于以太运动时,计算发现力场不再是球对称的,等势面变为一个旋转椭球,垂直于运动方向上的直径不变,而在运动方向却以比率缩短。一条相对于以太静止时长l0的测量杆,当它以速度u沿着长度方向相对于以太运动时,将具有长度l=l0。但是,如果杆垂直于运动方向,它的长度不会改变。

质量变大:电磁质量是粒子相对于以太的速度u的函数,在用阴极射线(即电子束)测量荷质比(e/m)的研究中,发现整个质量随着u的增大而以比率1/增大,即m=m0/。其中m0是粒子在静止以太中的有效质量,因为物质是由原子构成的,而原子又是由一些带电部分组成的,一般质点的质量,包括谐振子的质量,也遵从上面这个关系。

时率变慢:由于倔强系数也源于分子间的电磁力,它也应该是u的函数。

通过计算,洛伦兹得出t=t0/,t0是钟相对以太静止时的周期,即运动的钟比静止的钟走得慢!

洛伦兹理论的出发点是:在电磁现象中存在一个绝对静止的“以太”参考系,因而相对性原理不适用于电磁现象,可它本身又导致“以太漂移”无法测知,光速在所有惯性系中都相同这样一个逻辑结论。洛伦兹理论中存在着“绝对时间”和“绝对长度”,它体现在对“以太”静止的钟和尺的测量结果中,但因为“以太漂移”无法测定,我们又无法修正我们的时空测量结果去得出这些绝对量。

结论:洛伦兹推论已经走到科学的前沿,他根本的问题是被绝对空间和绝对时间的思维给困死了,没有进一步提升理论。

2.相对原理

1905年爱因斯坦发表狭义相对论,题目为“论运动物体的电动力学”。

狭义相对论的第一个基本原理:物理定律对所有惯性参考系都具有相同的形式。也就是说,在实验室进行任何物理实验都无法确定实验室是绝对静止的,还是绝对处于均匀直线运动状态。

狭义相对论的第二个基本原理:光速与光源运动无关。可以表述为:真空中光的传播速度在各个方向都是相同的,与光源的运动无关。

狭义相对论得出一个自相矛盾的结论。我们认为速度从一个参照系转换到另一个参照系的“常识相对论”和爱因斯坦的“光在所有惯性系中速度相同”的假设相抵触。只有在两种情况下爱因斯坦的假设才是正确的:要么距离相对于两个惯性系不同,要么时间相对于两个惯性系不同。实际上,两者都对:第一种效果被称作“长度收缩”,第二种效果被称作“时间膨胀”。

狭义相对论的价值在于否定了绝对时间和绝对空间,爱因斯坦实际上是将洛伦兹理论的前提换一下,即不承认以太,而假定光速不变,理论的结果则引用了洛伦兹推论。

结论:首先做出惊人推论是洛伦兹,爱因斯坦后来提出光速不变这个假设,否认了绝对空间和绝对时间思维的束缚,另外将洛伦兹推论从电子理论提升到整个物理学的高度。

3.长度收缩

狭义相对论第一推论:长度收缩。

长度收缩有时被称作洛伦兹收缩。在爱因斯坦之前,洛伦兹就已经求出了用来描述长度收缩的数学公式。爱因斯坦意识到了它的重大意义并将其植入到相对论中。这个原理是:参照系中运动物体的长度比其静止时的

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