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】【相对论】【 公设】【 实验依据】

来源:学生作业帮 编辑:拍题作业网作业帮 分类:物理作业 时间:2024/05/05 19:32:25
】【相对论】【 公设】【 实验依据】
狭义相对论和广义相对论的基本公设有哪些,并列举其实验依据·········
现代物理学的理论大都是先猜想后验证得到的,也就是说,当这个理论提出时,并没有足够的证据表明这个理论应该是对的还是错的,是后来验证出来的.所以当一个理论提出时,实验依据往往不全.
狭义相对论的基本假设:
1、相对性原理:任何惯性参考系中,物理规律不变.也就是你如果坐在一列平稳匀速运动的火车上,关上窗户,车体封闭,你在车里面做物理实验,无论如何你也无法测量到火车的运动速度.此原理的实验依据:此原理在牛顿力学中就已经提出,后来做过多种实验,主要是力学实验,均可验证这一点.
2、相对性原理与麦克斯韦方程组的正确性得到的推论:光速不变.
光速是由麦克斯韦方程组可以推导出的,根据相对性原理,在任何一个参考系中,麦克斯韦方程组不变,导致任何一个参考系中的光速都不变.实验依据:光速不变性在十九世纪就被大量的光速测量实验所证实.
3、时间间隔和空间间隔是相对的,是在坐标变换下会发生变化的.
这一点不需要实验验证,因为如果不这样假设,和前面两条就矛盾.这是时空观的问题.而现在,在很多实验,比如飞机上的铯原子钟和地面上的铯原子钟对时的实验,都可证明.
在提出狭义相对论时,爱因斯坦只知道,大量的力学原理满足第一条相对性原理,以及光速不变的实验,但当时并不能确定,所有的原理都满足相对性原理,但爱因斯坦猜测相对性原理是永远满足的.所以在当时提出时,无法确定狭义相对论就是对的,但这一理论在当时,是解释光速不变最完美的理论.然而在后来的大量实验中,有很多实验都证明了它是对的,例如,回旋加速器频率改变的实验,核裂变的发现和成功解释等等.
广义相对论是更加复杂的理论,在提出这一理论时,它基本没有实验依据.
广义相对论很简单,它认为,引力的作用,与惯性力相同.并且时空(就是狭义相对论里的时间轴和空间坐标轴)不是平坦的,是可以扭曲的.
为什么引力的作用和惯性力相同呢?因为一个物体受到引力,可以测量它的引力质量,就是根据万有引力公式F=GMm/r^2可以定义一个质量m
而同时,完全独立无关的,利用加速度公式F=ma也可以定义一个质量m.
这两个定义完全独立无关,但是定义出的质量实际测量结果却惊人地吻合.这是巧合吗?爱因斯坦认为不是,之所以这两个质量相同,是因为本质上F=ma所表述的东西和F=GMm/r^2所表述的东西,是完全一样的!
于是爱因斯坦想到了广义相对论的基本假设:引力作用和惯性力作用等效,当引力和惯性力相抵消时,物体相当于没受到任何力,与在惯性系中相同.怎么解释这种等效呢?爱因斯坦的解释是,其实此时物体并没有做变速运动,只不过是时空扭曲了,物体在扭曲的时空中做匀速运动,在不扭曲的时空中看起来就是在做变速运动了.
虽然在提出时,广义相对论唯一的证据就是惯性质量与引力质量相等这一现象,但是后来,有很多实验证明了它的正确性,最著名的就是水星轨道的修正和日食时观测到的恒星光线扭曲.