上海交通大学：《科学前沿与哲学》教学资源_第3讲 爱因斯坦与物理学革命

第3讲 愛因斯坦与物理学革命 审天地之美，穷万物之理

审天地之美，穷万物之理

一.两朵乌云 二.狭义相对论 三.弯曲的时空一广义相对论 四.相对论的进展 五.爱因斯坦的成就与影响

一. 两朵乌云 二. 狭义相对论 三. 弯曲的时空——广义相对论 四. 相对论的进展 五. 爱因斯坦的成就与影响

一.两朵乌云 1900, 开尔文勋爵： 物理学的大厦已经建成，未来 的物理学家只需要做些修修补补的 工作就行了。但是，明朗的天空还 有两朵乌云：一朵与黑体辐射有关， 另一朵与迈克尔逊实验有关

一 . 两朵乌云 1900，开尔文勋爵： 物理学的大厦已经建成，未来 的物理学家只需要做些修修补补的 工作就行了。但是，明朗的天空还 有两朵乌云：一朵与黑体辐射有关， 另一朵与迈克尔逊实验有关

第一朵乌云：黑体辐射 1900 量子论 第二朵乌云：迈克尔逊实验 195,相对论

第一朵乌云：黑体辐射 量子论 第二朵乌云：迈克尔逊实验 相对论 1900 1905

迈克尔逊：地球就像一艘没有摩擦力 的船穿过海水一样穿过“以太” C:游泳者的速度；V:水流速；L:距离 游泳者往返一次所需时间： L L T C+V c-v L 1-(v1c)2 如果将游泳者换成光，地球的公转速度可以算出， V/c=1/10000.因此在地球上验证地球穿越以太 的实验，其精度起码达到一亿分之一！

迈克尔逊：地球就像一艘没有摩擦力 的船穿过海水一样穿过“以太” 。 w C:游泳者的速度；V:水流速；L:距离 w 游泳者往返一次所需时间： 如果将游泳者换成光，地球的公转速度可以算出， v/c=1/10000.因此在地球上验证地球穿越以太 的实验，其精度起码达到一亿分之一！   2 1 / 1 2 c v c L c v L c v L T       

但是，迈克耳逊与莫雷在1881-1887年的实验中没有 发现以太风，于是：要么以太随着地球一起运动（斯 托克斯1846年的以太拖曳，基于1818年菲涅尔发现的 光速在流水中的变化)，而这就无法解释布拉德雷 1728年发现的光行差现象（利用以太风理解恒星光的 偏移)；要么根本没有以太这种东西。 迈克耳逊他们如实地报道了实验结果，但迈克耳逊没 有意识到他们所做的实验给出的结果具有的重大意义， 他称他的实验是一次没有给出预期结果的大失败。但 是正是这个实验提醒人们必须重新审查被视为“神圣” 的经典物理学的根基。迈克耳逊为此而获得1907年的 诺贝尔物理学奖，他也是获得此奖的第一位美国人

w 但是，迈克耳逊与莫雷在1881-1887年的实验中没有 发现以太风，于是：要么以太随着地球一起运动（斯 托克斯1846年的以太拖曳，基于1818年菲涅尔发现的 光速在流水中的变化），而这就无法解释布拉德雷 1728年发现的光行差现象（利用以太风理解恒星光的 偏移）；要么根本没有以太这种东西。 w 迈克耳逊他们如实地报道了实验结果，但迈克耳逊没 有意识到他们所做的实验给出的结果具有的重大意义， 他称他的实验是一次没有给出预期结果的大失败。但 是正是这个实验提醒人们必须重新审查被视为“神圣” 的经典物理学的根基。迈克耳逊为此而获得1907年的 诺贝尔物理学奖，他也是获得此奖的第一位美国人

运动光源实验 ◆观察双星中每颗星的半周期，如果光 速与光源速度有关，则二颗星的半周期不同 S2 B EARTH V A

数学物理当前的危机” 理学的新发现已经推翻了物理学过去 建 立起来的基本原理：放射性和镭的永 子电磁质量随速度而变化的发现，推 了质量守恒定律，“以太漂移”实验 电磁作用以有限速度传播，使电荷体之 间的相互作用违反了牛顿第三定律 ·一彭加勒《科学的价值》

“数学物理当前的危机” w 物理学的新发现已经推翻了物理学过去 建立起来的基本原理：放射性和镭的永 恒发热的发现，推翻了能量守恒定律； 电子电磁质量随速度而变化的发现，推 翻了质量守恒定律， “以太漂移”实验 的否定结果，推翻了伽利略相对性原理； 电磁作用以有限速度传播，使电荷体之 间的相互作用违反了牛顿第三定律。 w —彭加勒《科学的价值》

爱因斯坦生平(I) ◆1879.3.14 诞生于德国乌尔姆 ◆中，小学时代 德国慕尼黑 ◆1895-1896 瑞士阿劳中学一年 ◆1896-1900 苏黎士工业大学学习 ◆1900-1902 艰辛求职，四面碰壁

爱因斯坦生平（Ⅰ） w 1879.3.14 诞生于德国乌尔姆 w 中，小学时代 德国慕尼黑 w 1895-1896 瑞士阿劳中学一年 w 1896-1900 苏黎士工业大学学习 w 1900-1902 艰辛求职，四面碰壁

◆1902-1909 伯尔尼发明专利局工作 初期科研情况：1901---1篇论文 1902--=-2篇论文 1903-=-=-1篇论文 1904--=-1篇论文

w 1902-1909 伯尔尼发明专利局工作 w 初期科研情况： 1901-------1篇论文 1902-------2篇论文 1903-------1篇论文 1904-------1篇论文