物理学时空观必须变革

《物理》杂志年来发表了不少关于相对论讨论的文章,对这些文章的观点,我们认为存在着下述问题:　1.所谓相对论问题,实质应是时空观的问题,如果眼光仅局于突破相对论或光速不变的圈子,这样就难以认清当前发展物理学时空观所需抓的主要矛盾是什么. 2.要使讨论不致脱离物理学实际,必须首先弄清现有时空观与实践是否存在尖锐的矛盾,矛盾又是什么。 3. 我们认为,主要矛盾不在于光速及狭义相对论;现在的物理学基本概念(包括物质和时空的观念)与实验的冲突在于我们碰到了物质时空的另一个层次,而理论则与此脱节.因此,现在时空观念应被推翻的是时空…     

相对论问答

郭汉英教授生前曾为我刊撰写过多篇有关相对论的文章,引起了读者广泛的兴趣,他曾建议我们就读者来信中所提的问题开展有关的讨论。这次,我们趁选登赵峥教授所著《相对论百问》的机会,请赵教授帮助回答读者来信中所提的一些问题,来开展有关相对论的讨论,作为对郭汉英教授多年来支持我刊的感谢与怀念,以慰他的在天之灵。     

相对论和光速不变原理

“狭义相对论”提出已有半个多世纪了.人们总是认为它有一个“光速不变”的基本假设.为了证明这个“基本假设”是否成立,布置了一系列光学实验来加以验证.不少人担心,有朝一日这类实验测出光速有变动,是否会威胁、动摇相对论的基础并进而推翻整个相对论理论.相对论难道就这样时时面临着从实验结果可能来的威胁吗? 相对论将麦克斯韦电磁理论和洛伦兹电子学说的有关物理学总汇归纳到空间、时间及其与物质运动相互关系的基本正确认识上,补充发展了牛顿的经典力学,它的已有成就是值得肯定的.我们根据辩证唯物主义的原理,认真分析了整个相对论体…     

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。     

论以太

 我们现在如果来谈以太,当然不是谈力学理论里的那个解说波动的物理以太或物质以太。那个以太服从牛顿力学规律,牛顿力学中的质点都有一定的速度。自从建立了特殊相对论,我确信,牛顿力学这座理论大厦已最后竭尽其能了。     

爱因斯坦的成功之道

1905年，也就是大学毕业的第五年，26岁的爱因斯坦就连续发表五篇论文，不仅提出了圆满解释光电效应的光量子假说，还全面阐述了彻底改变人们时空观念的狭义相对论．为什么他在26岁就能创造科学“奇迹”，成功的原因是什么?     

培养学生的读题能力

在教学中,我们经常会遇到这样的现象:老师指导学生解答疑难时,不少学生会说,"哦,明白了,我当时怎么没想到呢?","我怎么没看到呢?".学生在解题中会遇到困难,出现思维受阻,还会感到题给条件不足.     

相对论中的“观测”与“看到”有何不同

 1905年爱因斯坦发表了狭义相对论,其时空观之一就是“运动的尺缩短”。接受相对论的所有人都相信这种尺缩现象是可以用眼睛看到或用照相机拍摄到的。一个运动物体看起来将沿运动方向缩短为原来的1-β2倍β=ｖｃ,ｖ是物体运动的速度大小,ｃ是光速,坐在高速飞船中的人从窗外看出去时,将看见球形物体缩成一个椭球体这些说法好像都是无可非议的。这种观念一直持续了54年之久,直到1959年美国物理学家戴勒尔发表了一篇文章,认为这种观念是错误的,他纠正了存在于所有人中间的这个偏见。提出“尺缩”现象可以“观测”或者“测量”,却不能用眼“看到”。     

从量子电动力学的创立历史看物理学思维的特色和价值

<正>物理学是在人类的技术、语言和思维的极限之处的极限运动。——作者人们常说20世纪有两大成功的物理理论,即相对论和量子力学,而量子场论是狭义相对论和量子力学结合的产物。虽说这样一个简单的说法大体上是没错的,量子电动力学作为第一个量子场论理论确实是作为狭义相对论和量子力学结合的产物而诞生的,但是这个简单的说法并不足以揭示量子场论所具有的巨大价值和魅力,反而好像是说可以由相对论和量子力学的原理自然地导出量子场论。     

光行差公式的理论推导

本文用四种不同方法,从理论上严密地推导光行差公式.推导中对若干重要物理量的相对论变换作了较详细的介绍,从而说明光行差现象确实是狭义相对论的重要实验依据之一.     

光速实验

光速实验在物理学史中占有重要地位.这不仅是因为它需要精确的实验手段,对光学的发展起了推动作用;也不仅仅因为它有力的支持了机械波动说,而给机械微粒说以致命的打击。重要的是光速实验打破了光速无限的观念,解决了长期存在的所谓以太漂移的疑案,为建立近代物理基本理论之一的相对论,提供了一块颇为重要的基石.     

庞加莱的狭义相对论之一洛伦兹群的发现

"不会又是标题党吧?我们只听说过爱因斯坦的狭义相对论,从没听说过什么庞加莱的狭义相对论!"无论在物理圈内还是圈外,产生同样的疑惑一点也不奇怪,即使是笔者自己,一年半前如果看到这样的题目,也会这样想.那么,这一百八十度的转变是怎么发生的呢?原因很简单,是下面这两本书特别是第二本颠覆了我原来的想法:(1)O. Darrig...     

为相对论质量辩护

本文认为向初学者讲授狭义相对论时引入“相对论质量”的概念是必要的、方便的、如Ｅ＝ｍｃ＾２即体现了质量和能量间简单而优美的当量关系，本文指出反对相对论质量者实际上在讨论粒子系或光子系的问题时才避开相对论质量，特别指出相对论质量与力和速度间的夹角无关，反对相对论质量者由于错误地应用了牛顿第二定律才导出这种根本不在依赖关系。     

相对论效应对电子—原子弹性散射的影响

本文用出现在薛定谔方程中的一个“等效势”体现相对论效应,结合我们以前得到的交换势,计算了低能电子(0.1-30eV)被Ar、Kr、Xe、Rn弹性散射的截面。结果表明,相对论效应的影响随原子序数的增加而加大。考虑相对论效应后计算结果与实验符合得很好,这也同时表明我们所用的交换势是较成功的。     

类Na离子振子强度的相对论效应

 采用相对论和非相对论原子自洽场方法,计算了类Na离子（原子序数为11~92）的3s-np,3p-ns和3p-nd跃迁过程的激发能和光学振子强度;通过比较相对论与非相对论的结果,研究了M壳层电子的相对论效应随原子序数的变化规律。结果表明：对n=3的跃迁过程,相对论效应主要是影响激发能,对线强度(或跃迁矩阵元)的影响不重要;对于n>3的跃迁过程,相对论效应同时影响线强度和激发能,通常对线强度的影响更大。这些结果对惯性约束聚变和X射线激光研究中需要的不透明度参数计算有重要的参考意义。     

关于相对论质速关系推导方法的商榷

本文指出：不论用完合弹性碰撞还是完全非弹性碰撞推导相对论质速关系或相对论动量公式,两个导恒定律即动量守恒和能量或质量）守恒都是要用到的。     

大学生相对论学习准备的调查研究

学习准备就是学生原有的知识水平或心理发展水平对新的学习的适应性．在新课标实施后,相对论知识引入高中物理,相对论知识同时又是大学普通物理的重要组成部分,大学生学习相对论前的学习准备情况如何？本文以问卷调查的形式全面了解、分析与研究了大学生相对论的学习准备状况,为更好进行普通物理中相对论的教学奠定了基础．     

相对论效应实验及装置

相对论是近代物理学的两大支柱之一.因此透彻地了解和掌握相对论对于学习近代物理学具有重要的意义.为了进一步完善相对论的教学和充实近代物理实验的教学内容,我们参考国外某些实验的物理思想编排了验证相对论动量与动能之间关系的实验,并研制了相应的实验装置.本文就该实验的原理、装置及实验结果作一介绍.     

谈高中狭义相对论教学的三大关系

早在1985年查有梁先生就提出：对于相对论的基本原理只要在教学内容和方法上有所突破,正如牛顿力学一样,也可能较系统地教懂中学生。时代的发展与科学的进步使中学物理教育中逐渐关注了包含相对论在内的现代物理学内容。物理新课程标准中就相对论教学提出了相关要求：初步了解经典时空观与相对论的时空观,知道相对论对人类认识世界的影响。基于新课标的各套教材中也将相对论等同于其他现代物理知识内容编写入其中。内容上的突破同时要求方法上的革新,因而需要多层面的开展相对论的教学研究。赞可夫曾指出：如果我们对于教师要掌握教育学和心理学知识这一点估计不足,那也是错误的。     

引力改变了时空——从欧几里得空间到准黎曼空间

 爱因斯坦在1905年所建立的狭义相对论建立了高速运动下的时空变换,这种变换是局限在惯性系之间的,这正是“狭义”的涵义。作为狭义相对论的推广,爱因斯坦从1907年开始努力尝试将相对性理论推广到非惯性系。他在研究了引力场与加速系关系的基础上,于1916年在德国《物理学杂志》上以“广义相对论基础”为题正式发表了广义相对论。广义相对论的诞生进一步更新了我们对空间、宇宙的认识观念。从平直均匀的欧几里得3维空间,到闵可夫斯基的4维空间,再到弯曲的黎曼空间,独立于时间与物质的“绝对空间”概念被彻底地打破了。