力学沉思的色彩

1. 力学沉思的色彩 PB05000835 王姝婷

2. 引言 古人云： 格物致知。 随着物理史的发展，想自己所惑，说自己所想。

3. 问题与答案 1．古典物理学的矛盾和危机： 19世纪末许多物理学上的实验发现和古典物理学不相容。检验地球相对以太运动的麦克`徐伯雷实验得到否定结果，黑体辐射现象，光电效应及原子的线状光谱都不能从古典物理学得到理论上的说明。最令人震惊的是伦琴射线，放射性及电子的发现。物理学的大厦开始不稳，酝酿着一场新的革命，量子力学和相对论应运而生

4. 问题与答案 • 2波动力学与量子力学的统一 微观物理体系呈现玻粒二象性。描述这种呈现玻粒二象性的物理体系的理论——量子力学是循着这两种不同的思路，根据经验事实和对应原理（假定量子理论可以同古典理论作详细的类比）建立起来的。海森伯从粒子图像出发，用于古典力学类比的方法推导出矩阵量子力学的数学形式。薛定锷从波动图像出发，用与波动光学类比的方法推导出波动量子力学的数学形式。

5. 问题与答案 • 很快就发现这两个数学形式体系是等价的，并找到了一个把两者统一起来的数学形式体系。他能够用两种等价的方法规定下来，或者从矩阵之间的关系出发，或者从波动方程出发。这是数学形式体系给出氢原子的正确能量值，在解决更复杂的问题上也获得了成功。

6. 问题与答案 • 3几个有趣的例子 （1）灯泡亮不亮取决于观察者如何选择坐标系 假设有一个不连通电路和一块金属条板，这电路的两个接点A、B的距离和金属条板的长度S正好相等，A、B和金属条板在同一平面上发生相对运动，运动速度为v。 我们知道，如果v很小，那么在某一时刻t，由于金属条板缓慢向右移动，可以使A、B各与板的一个端点接触，结果电路接通了，灯泡就亮了。如果A、B距离用电线外缘计算，电线直径为d，发光时间为 t=d/v。按经典力学，当v不断增加时， t的计算公式不变，灯泡发光时间 t变短。

7. 问题与答案 • 按照“相对论时空观”，当v很大时，（可与光速比较），金属条板沿运动方向发生完全真实的收缩，收缩系数K= 金属条板长度S*K<S.由于电路静止，长为S,出现(S-S*K)>d，灯泡即不再会发亮，因为电路已无法接通。

8. 我们所讨论的这个实力的正确结论是：无论我们选择何种坐标系，灯泡都会发亮，而且服从经典力学规律。爱因斯坦认为，“尺缩”不是真实的存在，而是人为选择坐标系造成的测量结果。因为金属条板相对于电路的运动与观察者无关，与“测量”无关，它只能服从经典力学规律。例如当两艘宇宙飞船，同时以0.9c速度从相反方向飞向观察者时，观察者以为两艘飞船之间的速度是1.8c.我们所讨论的这个实力的正确结论是：无论我们选择何种坐标系，灯泡都会发亮，而且服从经典力学规律。爱因斯坦认为，“尺缩”不是真实的存在，而是人为选择坐标系造成的测量结果。因为金属条板相对于电路的运动与观察者无关，与“测量”无关，它只能服从经典力学规律。例如当两艘宇宙飞船，同时以0.9c速度从相反方向飞向观察者时，观察者以为两艘飞船之间的速度是1.8c. 问题与答案

9. 问题与答案 • 结论是：凡是与使用光对运动物体进行测量这件事无关的问题，不需要也不应该采用狭义相对论去解释。

10. 问题与答案 • 孙大圣的想法完全错了，他撞上了栏杆！为什么呢？ • 相对论认为，“尺缩效应”是观察者选择运动坐标系的测量结果，不是真实的物理存在。所以，在孙大圣横向飞行时，船宽的测量值变小了，当他转为正常飞行时，船宽方向对观察者静止，船宽测量值又恢复原状。也就是说，测量所使用的坐标系还原了，“效应”也就消失了。高速运动不可能使物体改变形状。

11. 问题与答案 • 上面讨论的第一个例子，说明凡是“与用光测量物体”无关的问题，不服从狭义相对论的规律，第二个例子说明，“洛仑兹收缩”的出现，完全是由于我们选择了运动坐标系，一旦放弃运动坐标系，那就什么效应也没有了。爱因斯坦所认为的，收缩效应“不是真实存在”也应当这样理解。把这两个方面结合起来，可以说洛仑兹是一种“测量效应”。

12. 小结 • 我们既然知道万里江山之秀，也就知道万里长路之曲，力学是发展的曲折之美不是我们衬托得起的，我时常在想，怎么会有这样的理论，你仰望苍穹，不得不被它优美的数学公式所折服，不得不被他的争论分歧所吸引：到底什么才是真理，上帝给我们创造了如此色彩斑斓的世界，我们沉思，仰望其中的玄妙之美