上海交通大学：《科学技术史 A History of Science and Technology》课程教学资源（PPT课件）第8讲 相对论革命

第8讲 相对论革命

相对论：突破牛顿主义的前奏 牛顿力学(1687)：欧几里得空间， 确定惯性系的绝 对时空，因果决定论的可逆自然律，原子论的粒子本 体论。 麦克斯韦电磁场论(1873)：，静止以太的绝对空间， 因果决定论的可逆自然律，法拉第力线的场本体论。 热力学(19世纪)：因果决定论的不可逆唯象定律， 从热素说到分子运动论（玻尔兹曼）再到唯能论（马 赫)的本体论演变。 相对论以彻底贯彻麦克斯韦的电磁场论，宣告了牛顿 力学的绝对时空观和粒子本体论的破产而导致物理学 革命的降临，但仍然坚持牛顿力学的因果决定论理想： 从牛顿力学，到狭义相对论，再到广义相对论，物理 定律的对称性不断扩展：，不随惯性系变化的Gali1eo 群→Poicare群→不随任何参照系变化的Einsteini群

相对论：突破牛顿主义的前奏 w 牛顿力学（1687）：欧几里得空间，确定惯性系的绝 对时空，因果决定论的可逆自然律，原子论的粒子本 体论。 w 麦克斯韦电磁场论（1873）：静止以太的绝对空间， 因果决定论的可逆自然律，法拉第力线的场本体论。 w 热力学（19世纪）：因果决定论的不可逆唯象定律， 从热素说到分子运动论（玻尔兹曼）再到唯能论（马 赫）的本体论演变。 w 相对论以彻底贯彻麦克斯韦的电磁场论，宣告了牛顿 力学的绝对时空观和粒子本体论的破产而导致物理学 革命的降临，但仍然坚持牛顿力学的因果决定论理想： 从牛顿力学，到狭义相对论，再到广义相对论，物理 定律的对称性不断扩展：不随惯性系变化的Galileo 群→Poicare群→不随任何参照系变化的Einstein群

牛顿主义胜利在望？ *麦克斯韦企图引入以太漩涡来解释电磁场，把电磁场 论彻底归结为牛顿力学，这是牛顿主义的立场。 玻尔兹曼与麦克斯韦的统计力学似乎能够把热现象归 结为牛顿力学支配的分子随机运动的宏观效应，但洛 西米特提出了可逆性佯谬，彭加勒提出了回归佯谬； 熵的统计解释导致了微观层面因果绝对论的弱化，而 热力学时间箭头看来是不可还原的突现性质。时间箭 头似乎来自初始条件的设定，或是引入诸如拉普拉斯 变换。 委参麦嘉惠惑装绿于 经典统计力学（麦克斯韦，玻尔兹曼， 间的相互作用)，但借助系综和配分函数来定义宏观 函数以描述热力学平衡时物质的性质。量字统计也是 系统在热方学平衡时的理论。在所有这些理论中，都 不包含“随时间委化”的概念：如同普里高津所说， 这是云定“活性物质” 的理论

牛顿主义胜利在望？ ß 麦克斯韦企图引入以太漩涡来解释电磁场，把电磁场 论彻底归结为牛顿力学，这是牛顿主义的立场。 ß 玻尔兹曼与麦克斯韦的统计力学似乎能够把热现象归 结为牛顿力学支配的分子随机运动的宏观效应，但洛 西米特提出了可逆性佯谬，彭加勒提出了回归佯谬； 熵的统计解释导致了微观层面因果绝对论的弱化，而 热力学时间箭头看来是不可还原的突现性质。时间箭 头似乎来自初始条件的设定，或是引入诸如拉普拉斯 变换。 ß 吴大猷认为，经典统计力学（麦克斯韦，玻尔兹曼， 达尔文-富勒，吉布斯）发端于微观概念（分子及分子 间的相互作用），但借助系综和配分函数来定义宏观 函数以描述热力学平衡时物质的性质。量子统计也是 系统在热力学平衡时的理论。在所有这些理论中，都 不包含“随时间变化”的概念：如同普里高津所说， 这是否定“活性物质”的理论

普朗克与爱因斯坦

普朗克与爱因斯坦

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

“黑体辐射” “绝对黑体”（黑体)是在任何温度下都 能全都吸收落在它上面的一切辐射的理想 物体。根据经典物理学，可以得到：辐射 的能量与频率的平方成正比。所以，当辐 射频率极高时，能量必然趋于无穷大，即 在紫色端发散。对于由经典物理学解决热 辐射问题导致的这一结果，被称为“紫外 灾难”。 10 10 10 10 10 10 10 1米 Y时线 ×一身时线 紫卜线 可见光 红小线 微皮 无线电减

“黑体辐射” w “绝对黑体”（黑体）是在任何温度下都 能全都吸收落在它上面的一切辐射的理想 物体。根据经典物理学，可以得到：辐射 的能量与频率的平方成正比。所以，当辐 射频率极高时，能量必然趋于无穷大，即 在紫色端发散。对于由经典物理学解决热 辐射问题导致的这一结果，被称为“紫外 灾难”

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： T L L C+V c-v L C 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       

1887:迈克尔逊一莫雷实验 迈克尔逊 莫雷 物理学家 化学家

1887:迈克尔逊—莫雷实验 迈克尔逊 莫雷 物理学家 化学家

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“零结果”！