相对论诞生:爱因斯坦是如何创立狭义相对论的?| 深度( 七 )


上一篇文章 已经讲了 ,爱因斯坦主要是从协调 牛顿力学和 麦克斯韦电磁理论的角度来创立 狭义相对论的 。 而它们的核心矛盾就出在 相对性原理上: 牛顿力学配合伽利略变换 , 非常完美地满足了相对性原理;麦克斯韦电磁理论不具有伽利略协变性 , 那它还满足相对性原理么?
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大家要记住这才是我们的核心问题 , 我这两篇文章的所有内容都是围着它转的 。 所以 , 我们从 以太实验又绕回到了 相对性原理这里 , 这是非常自然而且必须的 。
09-迈克尔逊-莫雷实验
好 ,爱因斯坦还有其它三路大军 , 他觉得以太实验能给到 一阶精度的支持就 足够了 。 但其他物理学家没这么壕啊 , 很多人别说另外三路 , 另外一路都没有 , 就指着 以太实验吃饭呢 。
所以 , 对他们来说 , 一阶精度上的支持是 远远不够的 。 那怎么办呢? 一阶精度不够 , 那就去做 二阶精度的实验呗 , 反正闲着也是闲着 , 催一催实验物理学家也不碍事 。
但是二阶实验难做啊!你想想为什么大家做了这么多 一阶光学实验 , 却没有人去做 二阶光学实验?你以为是实验物理学家没收到催更么?
主要还是 太难了 , 为什么难我给你分析一下 。
要精确到 v2/c2二阶 ,地球公转速度v( 30km/s)大约是 光速c( 30万km/s)的 万分之一 , 再平方一下 ,v2/c2就是 亿分之一 。 也就是说 , 如果你想做一个精确到 v2/c二阶的光学实验 , 你的实验精度得高达 亿分之一才行 。
这在当时 非常困难的 。麦克斯韦在 1879年3月19日(此时 爱因斯坦已出生 5天)给美国航海历书局的 托德写信时都还认为 这个精度的效应在地面上是无法被探测到的 。
然而 , 天才实验物理学家 迈克尔逊认为麦克斯韦低估了地面实验所能达到的精度 。 于是 , 他在 1881年做了一次实验 , 在 1887年又跟 莫雷做了一次说服力更强的实验 , 这就是大名鼎鼎的 迈克尔逊-莫雷实验 。
然后 ,迈克尔逊就捧走了 1907年的 诺贝尔物理学奖 , 这也是美国人 第一次获得诺贝尔物理学奖 。
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有些人可能有疑问: 你不是说爱因斯坦有光行差和斐索流水实验就够了么 , 那为什么还要讲迈克尔逊-莫雷实验?
这个原因嘛 , 虽说 爱因斯坦有那些 一阶光学实验就够了 ,迈克尔逊-莫雷实验对他创立狭义相对论 并没有什么 直接的影响 。
但是 , 这个实验对其他物理学家影响非常大啊 , 比如 洛伦兹 。
洛伦兹为了给 迈克尔逊-莫雷实验一个合理的解释 , 苦思冥想 , 埋头苦干 , 最终在 1895年(注意这个时间)发表了一篇名为《 关于动体电现象和光现象的理论研究》 , 长达 137页的专题论文 。 他在这篇论文里引入了 长度收缩假设、 地方时的概念 , 证明了 对应态定理 , 从而解释了迈克尔逊-莫雷实验 。
而 洛伦兹对 电动力学的研究 , 特别是1895年的这篇论文 , 对 爱因斯坦创立 狭义相对论有很大的影响 。
所以说 ,迈克尔逊-莫雷实验虽然对爱因斯坦没有什么 直接的影响 , 但却有这种 间接的影响 。
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所以 , 我们想要搞明白 洛伦兹是如何影响 爱因斯坦的 , 就得先搞清楚 迈克尔逊-莫雷实验是怎么回事 。 而且 , 许多人对这个实验 , 对它与狭义相对论的关系都存在非常大的误解 , 这里澄清一下也好 。

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