相对论和量子论产生的历史背景,为什么?
狭义相对论
它是由光学和电动力学实验与经典物理理论的矛盾激发出来的。
狭义相对论
在1905之前,人们发现一些电磁现象与经典物理概念“矛盾”。他们是:
①迈克尔逊-莫雷实验没有观测到地球相对以太的运动,这与经典物理理论中的“绝对时空”和“以太”概念相矛盾。
②运动物体的电磁感应现象表现出相对性——无论是磁铁运动还是导体运动,效果都是一样的。
③电子电荷与惯性质量之比(荷质比)随着电子速度的增加而增加。另外,电磁定律(麦克斯韦方程组)在伽利略变换下不是不变的,也就是说,电磁定律不满足牛顿力学中的伽利略相对性原理。
扩展牛顿的理论,使其能够满意地解释上述新现象,成为19年末和20世纪初的当务之急。以h·洛伦兹为代表的许多物理学家在牛顿力学的框架内引入各种假设,对牛顿的理论进行了修正,最终得出了许多与实验结果一致的新方程,如时间变慢和长度收缩的假设,质速关系的公式和质能关系,甚至得到了洛伦兹变换。所有这些公式都包含了真空中的光速。如果只是为了解释现有的新现象,这些公式是足够的,但它们来自不同的假设或不同的模型而不是同一个物理理论。而且用牛顿的绝对时空观来解释洛伦兹变换和真空中的光速也存在概念上的困难。这种不协调的情况表明旧的物理概念即将向新的物理概念转变。爱因斯坦意识到,解决这种不协调状况的关键是同时的定义,同时的概念没有绝对的意义。牛顿时空理论(或伽利略变换)中的时间在现实世界中是无法实现的。为了利用光信号设置时钟,爱因斯坦假设单向光速不变,与光源的运动无关(光速不变原理)。此外,他还直接将伽利略的相对论原理推广到狭义相对论原理,从中得出洛伦兹变换,进而建立了狭义相对论。[2] [3]
量子理论对探索微观物质世界有重要意义,微观物质世界就是物质。
相对论在探索时空和引力中的发现是时空性的。