●备课资料

狭义相对论思想萌芽

1895年，爱因斯坦16岁，提出了如下一个理想实验：若牛顿力学正确.则存在以光速匀速运动的惯性系.使此惯性系运动方向与光波一致，假如一个人在此惯性系上观察光波，将会看到什么？显然，若伽利略变换正确，在以光速运动的惯性系中，观察者将看到，由于自己和波峰波谷一起运动，电磁场强度在空间各点虽有不同，但在任一给定点上是不随时间变化的，就像用瞬间拍照而冻结的海浪图样！

面对这样的理想实验结果，爱因斯坦敏锐地认识到“不会有这样的事情”.

他分析到：（1）麦克斯韦方程不容怀疑，赫兹已在7年前实验证实了电磁波的存在；麦克斯韦方程是波动方程，满足方程的可能解应是时空中的波.“冻结的海浪图样”不是麦克斯韦方程的可能解.（2）相对性原理不容怀疑，相对性原理是自然界普遍存在的事实，对电动力学同样成立，惯性系中的观察者看到的一切物质的运动规律应该与一个相对于地球静止的观察者看到的相同.

理想实验的结果意味着在以光速运动的惯性系中，麦克斯韦方程不再是波动方程，相对性原理对电动力学不成立.

那么，问题出在哪儿呢？通过对理想实验条件的逐一分析，爱因斯坦认为观察者以光速运动的假设是没有事实依据的.从而推论观察者不能以光速运动，而且无论通过任何形式的惯性系速度变换，也不能达到或超过光速.光速不仅是电磁波传播的速率，而且是一切物理作用传播速度的上限，尽管极限速率c的推论与牛顿定律或伽利略变换相冲突.理想实验导致了爱因斯坦相对论思想的萌芽，从理想实验发现问题到最后问题的解决——狭义相对论诞生，爱因斯坦用了整整10年时间.