1.08k likes | 1.19k Views
Einstein’s three most important (among others) legacies. A revolution in our concept of time . The possibility to convert mass into energy and vice versa. Gravity as curved spacetime. 你的運動有多快?. 你飆的有多快?. 速度計. 速度計測的是車輪轉速,也就是車對地面的速度。. 可是地球不是也在動嗎?. 你運動的 真實速度 是多少?. 一個太空中的火箭的真實速度有多快?.
E N D
Einstein’s three most important (among others) legacies • A revolution in our concept of time. • The possibility to convert mass into energy and vice versa. • Gravity as curved spacetime.
速度計 速度計測的是車輪轉速,也就是車對地面的速度。 可是地球不是也在動嗎?
一個太空中的火箭的真實速度有多快? 有沒有辦法不靠外在物體,而內在地定義真實速度? 能不能在火箭上操作某些實驗,這些實驗的結果如果和運動的速度相關,就能如此測量火箭的內在真實速度!
實驗的結果和實驗室的速度到底有沒有關係? 直覺是實驗室的速度會影響實驗結果。 相對性原則 如果地球在動,我們在地球上為何沒有感覺?
其實這並不是很奇怪。 靜止的小孩向上拋的自由落體
如果卡車是在移動,小朋友還能接到球嗎? ? http://techtv.mit.edu/collections/physicsdemos/videos/3221-relative-motion-gun
移動中的小孩仍會接到他向上拋出的球 地面的觀察者的觀點 移動的觀察者的觀點 看起來小孩不會感覺他是在移動!
在遊輪中,你幾乎會以為自己是靜止的。 在遊輪上,你看到的世界與靜止時無異。
依據伽利略的觀察,真實速度是無法用實驗測量的!依據伽利略的觀察,真實速度是無法用實驗測量的!
相對性原則 The Principle of Relativity 沒有任何實驗可以讓你分辨實驗者的絕對運動速度! 覺得自己是靜止的移動中的實驗者對他的實驗結果不覺得驚訝。 他對他的實驗結果覺得合理。 他的實驗結果符合老師所教的物理定律! 他由實驗結果所歸納出來的物理定律,與靜止的老師所歸納的物理定律一模一樣!
相對性原則 The Principle of Relativity 覺得自己是靜止的移動中的實驗者,他由實驗結果所歸納出來的物理定律,與老師(靜止的)所歸納的物理定律一模一樣! 這有點像劈腿,如果劈腿被發現了呢? 如果兩個人對質呢? 如果覺得自己是靜止的移動中的實驗者,與靜止的老師一起觀察同一個進行中的實驗呢?
他們可以一起觀察移動者所向上拋出的 一個球: 地面 同一事件在兩個相對移動中的觀察者看來,是不一樣的。 車上 球移動的路徑是否剛好使得兩個人歸納出相同的物理定律。 為了驗證,我們需要兩個觀察者對同一事件的觀測結果的關係
從一個觀察者所觀察到的物理量、軌跡等等,另一個觀察者觀察起來會變為另一套值,兩套值之間的關係稱為變換。從一個觀察者所觀察到的物理量、軌跡等等,另一個觀察者觀察起來會變為另一套值,兩套值之間的關係稱為變換。 翻譯表 謝謝! Thanks! 對同一物理事件,在觀察者改變下,所造成的物理量變換
伽利略變換 所描述的是同一件事,所以兩組量之間有固定的關係!
翻譯表 以等速運動的觀察者,稱為慣性座標系 慣性座標系之間的伽利略變換 你無法從圖上看出來,但你也從不懷疑
時間如一條河流,大家一起共有,穩定而不能改變流速時間如一條河流,大家一起共有,穩定而不能改變流速
時間是惟一一個真正可以共有共享的東西。 “共有”代表對時間間隔的測量,人人必須相同。 時間是絕對的,獨立於觀察者之外。
翻譯表 慣性座標系之間的伽利略變換
物理定律在變換之後,會變成如何? 兩個觀察者由同一觀察事件所歸納出來的物理定律的關係是甚麼? 伽利略變換 移動中的實驗者,他由實驗結果所歸納出來的物理定律,與靜止的觀察者所歸納的物理定律一模一樣! 物理定律再變換的前後形式一模一樣! 運動軌跡不同只是起始條件不同!
相對性原則 The Principle of Relativity 覺得自己是靜止的移動中的實驗者,他由實驗結果所歸納出來的物理定律,與老師(靜止的)所歸納的物理定律一模一樣! 沒有任何實驗可以讓你分辨實驗者的絕對運動速度! 如此你就無法分辨誰是靜止, 靜止與否只是一個相對性的概念,不是絕對的!
非慣性系的變換 物理定律(運動方程式)的形式不同!因此可以分辨是否在運動!
相對性原則 The Principle of Relativity 沒有任何力學實驗可以讓你分辨實驗者的絕對運動速度!
依照伽利略的相對性原則,真實速度是無法用力學實驗測量的!依照伽利略的相對性原則,真實速度是無法用力學實驗測量的!
其他的物理現象呢? 電磁學的物理定律是否滿足相對性原則? 電磁學實驗的結果是否與實驗者的運動狀態有關?
磁鐵移動或是迴路移動,實驗結果一樣 電磁學的物理定律似乎滿足相對性原則。 迴路中的電荷靜止故不受磁力,電動勢只能來自電力,因此磁通量改變會引發感應電場。 迴路中的電荷在磁場中運動而受磁力。因而產生電流。 電 Faraday’s Law 磁 在電磁學中,名目雖然會變,但結果似乎與觀察者的運動狀態無關。
描述電磁現象的是馬克斯威爾方程式 馬克斯威爾方程式滿足相對性原則 在不同的觀察座標系中,型式不變。
? 火車上的觀察者看到的光速是否與地面看到的不同。
光速 根據伽利略變換,不同運動狀態的觀察者測到的光速似乎應該不同! 那麼我們測量光速不就可以測量我們觀察者的速度。
但是…..光是很特別的東西! 光不是東西,光是電磁場的波動,像聲波一樣,它有一定的速度
馬克斯威爾由前人研究結果歸納出四個描述電場與磁場的方程式。馬克斯威爾由前人研究結果歸納出四個描述電場與磁場的方程式。 Maxwell 1874-1879 電場變化會產生磁場,磁場變化會產生電場
電場變化會在旁邊產生磁場,旁邊磁場變化會在旁邊的旁邊產生電場電場變化會在旁邊產生磁場,旁邊磁場變化會在旁邊的旁邊產生電場 一個電荷在加速時周圍電場的變化,會像波一樣的散播開來: 這個波就是電磁波,也就是光。
電磁波的速度也可以預測: 光速的值是馬克斯威爾方程式的預測!
電磁波的速度 光速的值是馬克斯威爾方程式的預測! 馬克斯威爾方程式滿足相對性原則! 馬克斯威爾方程式對所有觀察者都正確! 光速與觀察者的運動狀態無關!
如果Maxwell 方程式遵守相對性原則: 翻譯表 那麼:
依照愛因斯坦的想法,所以Maxwell方程式服從相對性原則依照愛因斯坦的想法,所以Maxwell方程式服從相對性原則 真實速度是無法用電磁實驗測量的!