論動體的電動力學(xué)(中文版.doc
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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上論動體的電動力學(xué)大家知道,麥克斯韋電動力學(xué)象現(xiàn)在通常為人們所理解的那樣應(yīng)用到運動的物體上時,就要引起一些不對稱,而這種不對稱似乎不是現(xiàn)象所固有的。比如設(shè)想一個磁體同一個導(dǎo)體之間的電動力的相互作用。在這里,可觀察到的現(xiàn)象只同導(dǎo)休和磁體的相對運動有關(guān),可是按照通常的看法,這兩個物體之中,究竟是這個在運動,還是那個在運動,卻是截然不同的兩回事。如果是磁體在運動,導(dǎo)體靜止著,那么在磁體附近就會出現(xiàn)一個具有一定能量的電場,它在導(dǎo)體各部分所在的地方產(chǎn)生一股電流。但是如果磁體是靜止的,而導(dǎo)體在運動,那么磁體附近就沒有電場,可是在導(dǎo)體中卻有一電動勢,這種電動勢本身雖然并不相當于能量,
2、但是它假定這里所考慮的兩種情況中的相對運動是相等的卻會引起電流,這種電流的大小和路線都同前一情況中由電力所產(chǎn)生的一樣。 堵如此類的例子,以及企圖證實地球相對于“光煤質(zhì)”運動的實驗的失敗,引起了這樣一種猜想:絕對靜止這概念,不僅在力學(xué)中,而且在電動力學(xué)中也不符合現(xiàn)象的特性,倒是應(yīng)當認為,凡是對力學(xué)方程適用的一切坐標系,對于上述電動力學(xué)和光學(xué)的定律也一樣適用,對于第一級微量來說,這是已經(jīng)證明了的。我們要把這個猜想(它的內(nèi)容以后就稱之為“相對性原理”)提升為公設(shè),并且還要引進另一條在表面上看來同它不相容的公設(shè):光在空虛空間里總是以一確定的速度 C 傳播著,這速度同發(fā)射體的運動狀態(tài)無關(guān)。由這兩條公設(shè),
3、根據(jù)靜體的麥克斯韋理論,就足以得到一個簡單而又不自相矛盾的動體電動力學(xué)。“光以太”的引用將被證明是多余的,因為按照這里所要闡明的見解,既不需要引進一個共有特殊性質(zhì)的“絕對靜止的空間”,也不需要給發(fā)生電磁過程的空虛實間中的每個點規(guī)定一個速度矢量。這里所要閘明的理論象其他各種電動力學(xué)一樣是以剛體的運動學(xué)為根據(jù)的,因為任何這種理論所講的,都是關(guān)于剛體(坐標系)、時鐘和電磁過程之間的關(guān)系。對這種情況考慮不足,就是動體電動力學(xué)目前所必須克服的那些困難的根源。一 運動學(xué)部分§1、同時性的定義設(shè)有一個牛頓力學(xué)方程在其中有效的坐標系。為了使我們的陳述比較嚴謹,并且便于將這坐標系同以后要引進來的別的坐
4、標系在字面上加以區(qū)別,我們叫它“靜系”。如果一個質(zhì)點相對于這個坐標系是靜止的,那么它相對于后者的位置就能夠用剛性的量桿按照歐兒里得幾何的方法來定出,并且能用笛卡兒坐標來表示。如果我們要描述一個質(zhì)點的運動,我們就以時間的函數(shù)來給出它的坐標值?,F(xiàn)在我們必須記住,這樣的數(shù)學(xué)描述,只有在我們十分清楚地懂得“時間”在這里指的是什么之后才有物理意義。我們應(yīng)當考慮到:凡是時間在里面起作用的我們的一切判斷,總是關(guān)于同時的事件的判斷。比如我說,“那列火車7點鐘到達這里”,這大概是說:“我的表的短針指到 7 同火車的到達是同時的事件?!?也許有人認為,用“我的表的短針的位置”來代替“時間”,也許就有可能克服由于定
5、義“時間”而帶來的一切困難。事實上,如果問題只是在于為這只表所在的地點來定義一種時間,那么這樣一種定義就已經(jīng)足夠了;但是,如果問題是要把發(fā)生在不同地點的一系列事件在時間上聯(lián)系起來,或者說其結(jié)果依然一樣要定出那些在遠離這只表的地點所發(fā)生的事件的時間,那么這樣的定義就不夠 了。當然,我們對于用如下的辦法來測定事件的時間也許會成到滿意,那就是讓觀察者同表一起處于坐標的原點上,而當每一個表明事件發(fā)生的光信號通過空虛空間到達觀察者時,他就把當時的時針位置同光到達的時間對應(yīng)起來。但是這種對應(yīng)關(guān)系有一個缺點,正如我們從經(jīng)驗中所已知道的那樣,它同這個帶有表的觀察者所在的位置有關(guān)。通過下面的考慮,我們得到一種此
6、較切合實際得多的測定法。如果在空間的A點放一只鐘,那么對于貼近 A 處的事件的時間,A處的一個觀察者能夠由找出同這些事件同時出現(xiàn)的時針位置來加以測定,如果又在空間的B點放一只鐘我們還要加一句,“這是一只同放在 A 處的那只完全一樣的鐘?!?那么,通過在 B 處的觀察者,也能夠求出貼近 B 處的事件的時間。但要是沒有進一步的規(guī)定,就不可能把 A 處的事件同 B 處的事件在時間上進行比較;到此為止,我們只定義了“ A 時間”和“ B 時間”,但是并沒有定義對于 A 和 B 是公共的“時間”。只有當我們通過定義,把光從 A 到 B 所需要的“時間”,規(guī)定為等于它從 B 到 A 所需要的“時間”,我們
7、才能夠定義 A 和 B 的公共“時間”。設(shè)在“A 時間”tA ,從 A 發(fā)出一道光線射向 B ,它在“ B 時間”, tB 。又從 B 被反射向 A ,而在“A時間”tA回到A處。如果 那么這兩只鐘按照定義是同步的。我們假定,這個同步性的定義是可以沒有矛盾的,并且對于無論多少個點也都適用,于是下面兩個關(guān)系是普遍有效的: 1 如果在 B 處的鐘同在 A 處的鐘同步,那么在 A 處的鐘也就同B處的鐘同步。 2 如果在 A 處的鐘既同 B 處的鐘,又同 C 處的鐘同步的,那么, B 處同 C 處的兩只鐘也是相互同步的。這樣,我們借助于某些(假想的)物理經(jīng)驗,對于靜止在不同地方的各只鐘,規(guī)定了什么叫做
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