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1、6.6经典力学的局限性,1905年，出生于德国的美籍物理学家阿尔伯特爱因斯坦（18791955）发表了狭义相对论。这个理论指出在宇宙中唯一不变的是光线在真空中的速度，其它任何事物速度、长度、质量和经过的时间，都随观察者的参考系（特定观察）而变化。,1.物体的质量与运动速度有关 在经典力学中，物体的质量是不随运动状态改变的。但是，按照20世纪初著名物理学家爱因斯坦建立的狭义相对论，质量要随物体运动速度的增大而增大。物体的质量与运动速度的关系是，式中m0是物体静止时的质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速。,可见，当vc时，mm0；当v趋近于c时，m趋近于无穷大。因此，当物体的速度远小于
2、真空中的光速时，经典力学完全适用；当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了。,4.经典力学难以解释微观粒子的运动 科学家们发现，电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的运动在很多情况下不能用经典力学来说明。20世纪20 年代量子力学的出现，才很好地揭示了微观世界的基本规律。,2.经典力学中速度叠加原理不再成立 设河流中的水相对于河岸的速度为,船相对于水的速度为,则在经典力学中，船相对于岸的速度为,这似乎是天经地义的。但是，这个关系式涉及两个不同的惯性参考系，而速度总是与位移（空间长度）及时间间隔的测量相联系。相对论认为，同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是不同
3、的，因而上式不能成立。,（矢量和）,3.两种不同的时空观 本节教材在“科学漫步”栏目时间和空间是什么？一文中提到了牛顿和爱因斯坦的两种不同的时空观。牛顿认为：空间是独立于物体及其运动而存在的，时间也是独立于物体及其运动而存在的，这是一种经典时空观。,爱因斯坦则认为：在研究物体的高速运动（速度接近真空中的光速）时，物体的长度即物体占有的空间，以及物理过程、化学过程，甚至还有生命过程的持续时间，都与它们的运动状态有关，空间与时间不再与物体及其运动无关而独立存在。这是一种崭新的时空观。,5.强引力作用下出现的问题 牛顿的万有引力定律取得了巨大的成就，但在一些问题上也遇到了困难。例如：水星的公转轨道在
4、不断旋进（参见教材图7.6-1），其实际观察值要比经典力学的预言值多。1915年，爱因斯坦创立的广义相对论对此则能作出很好的解释，同时还预言光线经过大质量星体附近时会发生偏转，且已被观测证实。另外，根据牛顿的理论，当天体被压缩成半径几乎为0的一个点时，引力趋于无穷大；而爱因斯坦的理论则认为，引力趋于无穷大发生在半径接近一个“引力半径”的时候，这个引力半径的值由天体的质量决定。当天体的实际半径接近引力半径时，由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异急剧增大，在强引力情况下牛顿引力理论不再适用。,三.狭义相对论的基本原理,相对时间,相对长度,相对质量,Einstein 对相对论的解释:,当你和一个
5、漂亮姑娘在一起坐一小时,你感觉只坐了一分钟,当你坐在火炉旁一分钟,就好象坐了一小时,这就是相对论。,17 世纪牛顿力学构成了体系.可以说，这是物理学第一次伟大的综合.牛顿建立了两个定律，一个是运动定律，一个是万有引力定律，并发展了变量数学微积分，具有解决实际问题的能力.他开拓了天体力学这一科学，海王星和冥王星的发现就充分显示了这一点.,牛顿经典力学的局限性,适用于低速，宏观，弱引力物体,注意：经典力学的适用范围 经典力学有它的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界；只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况。（对于高速运动（速度接近真空中的光速），需要应用
6、爱因斯坦的相对论。当物体的运动速度远小于真空中的光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。对于微观世界，需要应用量子力学。当普朗克常数可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。对于强引力情况，需要应用爱因斯坦引力理论。当天体的实际半径远大于它们的引力半径时，爱因斯坦引力理论和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大）。,7.牛顿的科学方法 本节教材在“科学足迹”栏目牛顿的科学生涯一文中总结了牛顿的科学方法，这些科学方法值得我们借鉴：重视实验：重视实验，从归纳入手，这是牛顿科学方法论的基础。逻辑推论：为了归纳成功，不仅需要大量的可靠资料与广博的知识，而且要有清晰的逻辑头脑。数学归纳：事物之间的本质联系只有通过数学才能归纳为能够测量、应用和检验的公式和定律。,
