用激光干涉仪检测引力波

 1887年,迈克尔逊和莫雷用干涉仪所做的实验,证明了相对于“以太”的绝对运动是不存在的,“以太”不能作为绝对参照系,该实验成了爱因斯坦狭义相对论的实验基础。 如今,爱因斯坦的相对论问世80年了,其理论已被物理界很多学者所验证和确认。但是,爱因斯坦的理论所预言的“引力波”还未被任何实验所验证,爱因斯坦的“电磁力与引力统一”理论认为,对应电荷振动释放“电磁波”,质量振动,要释放“引力波”。电磁波容易检测,而引力波因强度太低很难检测。例如,质量为1万吨,长为2m的棒,以每秒200圈旋转时放出的引力波,在2000km处,只能引起10^-37的空间波动(即相距为1m的两质点间距离变化不过10^-37m)。这个值用现代科技手段是不可能检测的。 值得庆幸的是,在天体运动变化中,有巨大能量以引力波的形式放出的现象。如两个中子星合体时会放出强引力波;超新星爆发时,其巨大的潜能释放,会放出强引力波脉冲。     

特鲁顿-诺伯实验的解释

在相对论建立之前,物理学家们相信麦克斯韦电磁理论仅对于某一个参考系才成立,这个优越的参考系可以看成是绝对静止的参考系,简称为绝对参考系。任何物体相对于绝对参考系的速度叫做绝对速度。十九世纪后半叶起寻找绝对参考系成为物理学家所热衷的课题。1902年特鲁顿(Trouton)设想了一个电磁学实验,用来检测地球运动的绝对速度,他的依据可简述如下。考虑地球上两个静止的点电荷,如果地球为绝对参考系,则它们之间的相互作用力为库仑力,作用力的方向沿它们的联线,作用力对于这对电荷的系统不产生力矩,因而电荷系统不会转动。如果地球相对于绝…     

迈克尔逊——科学界的艺术家

 迈克尔逊干涉仪实验是高等院校普遍开设的一个近代物理实验，实验中所采用的迈克尔逊干涉仪是迈克尔逊为了研究“以太”漂移而设计和制造的精密光学仪器，主要用来测量光波波长、光源相干长度等各种微小量。而迈克尔逊-莫雷实验的结果意味着经典物理时空观的终结和全新的现代物理时空观的建立，今天人们重新认识该实验，对理解其优美的设计思想和精湛的实验技巧具有重要意义。     

经典物理理论中电磁波的传播规律

为了处理波传播的相关问题,引用了麦克斯韦经典理论中波的传播规律.基于麦克斯韦方程组和伽利略变换,利用微分方程来计算不同参考系下同-电磁波的传播.由于介质的运动对波动有重要的影响,所以在多普勒效应中介质的运动也被考虑进来.同时,根据该经典物理理论中的波的传播规律从不同的角度来解释迈克尔逊-莫雷实验的结果.经典物理理论中电...     

爱因斯坦与狭义相对论的诞生(续)

<正>2.5庞加莱的探索——约定光速1900年前后,庞加莱对时间与空间的问题作了不少探讨[12,13].庞加莱否认绝对空间的存在,力图论证相对性原理成立,但他仍然认为存在以太.而承认以太,本质上就是承认存在对电磁理论优越的参考系——相对于以太静止的参考系.优越的以太参考系在某种意义上相当于绝对空间.所以,庞加莱还没有彻底抛弃绝对空间和优越参考系的观念.除去上面谈到的对绝对空间和相对性原理的论     

关于Michelson—Morley实验曲线的分析

一、引言 1887年,迈克耳孙同莫雷合作,更新了他在1881年所设计的干涉仪,进行了一项测量地球上“以太风”的著名实验,试图证实绝对静止“以太”的许在。同年秋,他们联合署名发表了题为“论地球与光以太的相对运动”的论文,将这项实验及其结果公诸于世。在这篇论文中,记载了他们由实验观测值和预期理论值画出的曲线(图1)。     

迈克耳孙——莫雷实验的前前后后

迈克耳孙——莫雷实验是由经典物理学过渡到近代物理学的一个重要的“指路牌”。本文拟对这个著名实验的历史背景和发展过程,作一点介绍。 (一)迈克耳孙为什么要做以太漂移实验? 十九世纪,光的波动说获得很大成功,以太的观念也就取得了统治地位。当时的科学界普遍认为,光既然是波,如果不通过某种介质传播,是不可想象的。人们根据所知事实,给以太作出这样那样的假定,例如假定它是充满一切空间(包括物体内部)的某种绝对静止、极其稀薄的刚性介质。十九世纪后半世纪,麦克斯韦(J.C.Maxwell,1831—1879)的电磁场理论(1864年)证明光是电磁波,但…     

以太存在未被否定

一个引人关注的概念 相对论是细致观察、精巧实验和逻辑思维的产物.它的诞生过程是唯物的,又是辩证的.而思维则起着举足轻重的作用.从布拉德雷解释光行差到迈克尔逊-莫雷设计干涉实验,直至爱因斯坦放弃时空绝对性,这中间那伯有一点偏离唯物辩证法,就不能得到新理论.因此,相对论思维方法——或者相对论概念发展——的研究,与相对论本身同样吸引人. 以太是一个吸引了很多人注意的概念.不久前出版的高等学校试用教材《普通物理学》中就有关于以太的文字.“最后的结论是:第一,相对于以太的运动是不存在的,以太也是不存在的,所以绝对参照系并不存…     

漫谈两个基本假设与相对论时空观

 爱因斯坦是人类历史上最具创造才智的科学家,他一生开创了物理学的四个领域---狭义相对论、广义相对论、宇宙学和统一场论,他是量子理论的主要创建者之一,有人说爱因斯坦应该拿6个诺贝尔奖,足见他对物理学和对社会的贡献。一、爱因斯坦创立狭义相对论经历了三个阶段爱因斯坦16岁时就提出“追光”假想实验,这是萌发狭义相对论思想的第一个阶段;爱因斯坦对光、麦克斯韦方程、电磁波、以太、地球运动等问题的深入思考,最初起源于消除电磁学理论中的不统一性,可以看作他思想发展的第二阶段;重审、放弃传统的时间观念,在同时性问题上的突破,可看作第三个阶段。     

迈克尔孙（Michelson，Albert Abrahan，1852-1931）德国-美国物理学家（Physicist，Germany—America）

迈克尔孙出生于德国普鲁士，后随父母到美国。17岁进入美国海军学院，1873年毕业，后在学院当讲师。1887年在他的同事美国化学家莫雷的帮助下，发表了后来称为迈克尔孙-莫雷实验的结果；没有干涉条纹、也没有明显的地球相对于以太的运动。这是科学史上一次重要的否定性的实验，对爱因斯坦髓的相对论学说的形成作出了重要贡献。1907年，由于他以测定光速和研究地球相对其周围空间的运动，成为美国第一个获得诺贝尔奖的人。     

走向统一的自然力爱因斯坦：试图统一电磁力和引力未能如愿(Ⅱ)

 19 世纪末,以牛顿力学和麦克斯韦电磁理论为代表的经典物理学渐趋完善,著名英国物理学家汤姆孙(W. Thomson,1824～1907)甚至认为:“未来物理学将不得不在小数点后第六位去寻求真理。” 他在1900 年末为展望20世纪物理学而写的一篇文章中说:“在已经基本建成的科学大厦中,后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”     

光子静质量及检测方法

 一、检测光子静质量的意义首先,这对狭义相对论是一个很好的检验。我们知道,比起“惯性系地位等价”来说,“光速不变原理”在狭义相对论的理论基础中显得有些突兀,好像是爱因斯坦(Einstein)为使麦克斯韦(Maxwell)方程满足洛仑兹(Lorentz)协变而直接塞入的。不过非常凑巧的是,麦克斯韦电磁场方程刚好能够预言所有的电磁辐射在真空中都以相同的速度c传播,且与其频率无关。     

太空旅行真能延缓人的衰老吗

 一相对论认为,一切发生在运动物体上的过程,在静止观测者看来,都会变慢,这就是相对论中十分重要的“时间变慢”效应,这一效应的定量关系是:Δt′=Δt1-v2/c2(1)式中Δt′是运动物体上时钟的时率,Δt是静止物体上时钟的时率,v是运动物体的速度,c是光速(30万千米/秒)。假设有一对孪生兄弟甲和乙,在他们满20岁那天,甲乘飞船离开地球去太空旅行(飞行速度v=0.8c),乙留在地球上。在乙满60岁那天,甲结束太空旅行回到地球,这时地球上的人根据式(1)知道,甲在飞船上才度过了24年。     

梅贻琦先生与通才教育

 现代社会是由具有独立人格和自由精神的人组成的,而造就这样的人需要通才教育。通才教育也称普通教育。“普”即普遍,乃就“面”而言;“通”即通达,盖以“质”而论。它主张我们的基础教育应培养通才,而非“专业人才”。简言之就是应培养和谐的“人”,而不是仅仅有用的“机器”。最早主张通才教育的是孔子。《论语·公冶长篇》里有一段孔子与弟子子贡(端木赐)的精彩对话,“子贡问曰:‘赐也何如?’子曰:‘女,器也。’曰:‘何器也?’曰:‘瑚琏也。’     

狭义相对论中同时性的研究

本文对狭义相对论中＂同时性＂的基础和＂尺缩钟慢＂效应的本质进行了深入探讨.＂绝对同时＂和＂绝对静止＂一样是不存在的,＂同时＂和＂静止＂都具有相对性.以此为出发点,本文对一个不能直接应用＂尺缩钟慢＂效应解决的物理问题进行了深入研究.结果表明只要找到与正在发生的事件始终保持相对静止的惯性参考系,我们就可以引入＂固有时间＂的概念,再结合＂尺缩钟慢＂效应得到相应事件相对于地面参考系的时间变化规律.     

以太之谜

 以太本来是个哲学概念,是笛卡儿首先将它引入科学。他从不存在超距作用,只有物质相接触才能产生运动,因而不存在所谓“真空”的观点出发,认为天体之间有一种本原物质,它看不见但充满空间,这就是以太。     

磁极倒转——地球演化史上最激动人心的一幕

 地球磁极变化的最激动人心一幕是“磁极倒转”事件。在地球演化史中,“磁极倒转”事件经常发生。如今,“磁极倒转”再次被媒体所关注。这,是灾难逼近,还是“杞人忧地”?地球曾经多次发生过磁极倒转事件!人们都知道,地球是个大磁场。然而,地球的磁场并非亘古不变,它的南北磁极曾经对换过位置,这就是所谓的“磁极倒转”。     

“面包片落地时几乎总是黄油面朝下”的力学原理究竟是什么

 近读《现代物理知识》2002年第5期中“力学原理与墨菲法则”一文(以下简称“原理”),颇感其中疑点甚多。苦思良久之后,作此文以抒己见。“原理”一文在阐述“面包片被碰出桌边掉下去时,几乎总是涂了黄油的一面着地”的力学原理时,把涂了黄油的面包片的下落过程简化为一薄片在真空中的自由下落过程。根据这个简化模型,“原理”一文作者列出方程,并对一个特例(面包片长0.1米,具有竖边的桌子高0.8米且初角速度为0)作了数值计算,结果似乎表明,任意薄片自水平状态从高为0.8米且带有竖边的桌子边滑下而落地时,总会翻转,即说明面包片在桌面上时若黄油面朝上.     

“言犹未尽”——给学生以思维的空间

 在课堂教学中推广“言犹未尽”的传授科学知识的方法,是我国核物理学家杨福家教授所一贯倡导的。他在1985年出版的《原子物理学》一书的序言中,就明确地指出:“我们主张采取‘既讲清楚,又不讲清楚’、‘言犹未尽’的讲授方法。”事实上,杨先生为实践此教学法而身体力行。     

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根据狭义相对性原理,应用Lorentz变换法则,从相对运动媒质静止参考系中的有关结论,获取了实验室参考系中所需结果。通过证明平面波相位是Lorentz不变量,指出实验室参考系中平面波解的存在性。由Lorentz变换导出了实验室参考系中平面波色散关系表示式,据此给出运动媒质的波动方程。由Lorentz变换导出运动媒质中平面波Maxwell方程。基于这些结果,应用Lorentz变换获得了平面波从自由空间垂直入射到各向同性运动等离子体半空间时反射波与透射波的有关特性。