狭义相对论的建立及其意义

2、狭义相对论建立的历史背景
    一门新理论的诞生有其外在条件，也有其内在因素。就外在条件而言：18世纪欧洲工业革命兴起，经过一个多世纪，到19世纪末，工业生产、科学技术有了长足的进步。电力应用逐渐推广，内燃机、蒸汽机被采用，交通运输不断扩展……，所有这些对物理学的发展都有着直接的影响。生产的发展需要科学；反过来，生产的发展又进一步推动了科学的进步。相对论理论同其他任何一门科学理论一样，是生产水平和科学技术发展到一定阶段的必然产物。
    其内在因素是：经典物理学经过近300年的发展，到19世纪末已经建立起比较完整的理论体系 ，主要体现在：
    （1）以Newton三定律和万有引力定律为基础的经典力学，确定粒子的运动规律与特点；
    （2）以Maxwell方程组和Lorentz力公式所表述的经典电磁场理论，确定了电磁场和电磁波的运动；
    （3）对于热现象有以热力学定律为基础的宏观理论和用统计物理学所描述的微观理论，确定热平衡态的物性。
    这三大理论都形成了完整的数学框架；用这些理论解释某些自然现象时，取得了巨大的成功。至此许多物理学家，其中包括很有名望的一些物理学家，认为物理学理论的骨架已经完成，今后的工作只不过是扩大这些理论的应用范围，提高实验的精确度，从而做些修补细节的工作罢了。
尤其是应用这些理论解决了当时提出的许多重大课题之后，简直到了令人崇拜的地步。其中海王星的发现就是一个非常突出的事例，是Newton力学的巨大成功，被赞誉为“不必向天空看一眼，就发现了这颗行星” ，“是在勒威耶笔尖下看到的，完全凭计算就确定了远在当时所知的太阳系之外的一颗星体的位置和大小” 。之后，运用同样的方法又发现了冥王星。
    1899年的除夕之夜，欧洲著名科学家的聚餐会上，大会主席Kelvin发表的新年贺词中说：：“19世纪已将物理学大厦全部建成，今后物理学家的任务就是修饰、完善这所大厦了。”但就在这篇贺词中他又明确指出：“在物理学晴朗天空的远方，还有两朵小小的、然而令人不安的乌云。”一朵就是黑体辐射经典理论结果带来的困惑，即所谓的“紫外灾难” （或发散困难）；另一朵就是迈克尔逊 — 莫雷实验零结果引发的思考。
    正是这两朵“小小的乌云”不断扩大，酿成了物理学一场深刻的革命风暴，最终导致了量子论和相对论的诞生，从而开创了物理学的新纪元。
    1900年，Planck为了解释黑体辐射的实验规律，提出了谐振子模型，并大胆假设谐振子的能量取值是不连续的，这种能量量子化的思想，导出了与实验结果相符合的黑体辐射规律公式，这就是著名的Planck公式。这一成果标志着一个全新的物理理论 —— 量子论的诞生。1900年不仅是历书上一个新世纪的开始，也是物理学一个新纪元的开端。之后，Einstein为了解释光电效应的实验规律，提出了光量子的思想，将Planck的量子论加以推广。后来，Compton通过实验（著名的Compton散射实验）进一步证实了Einstein光量子思想的正确性，并深刻地揭示出光的波 — 粒二象性。
    1913年，N . Bohr将量子理论应用于原子结构，提出了崭新的原子结构模型 —— 玻尔模型。以后，许多人应用这种模型讨论各种物质的光谱结构，取得了很大的成功。1924年，法国科学家de . Broglie在光的二象性的启发下，提出了一切微观客体都具有波 — 粒二象性的新观念，并很快被实验所证实，从而将Planck的量子论发展到一个更新的阶段 —— 量子力学的建立。
    1905年，Einstein为了解释迈克尔逊 — 莫雷实验的零结果，提出了相对性原理和光速不变原理，创建了狭义相对论 —— 从而建立起崭新的时空观，揭示出质量与能量的内在联系，给出了高速运动物体的力学规律……。经典力学解决宏观物体、低速运动情况是卓有成效的；但当物体的运动速度可与光速相比拟时，经典力学的理论就不完全适用了，需要新的理论取而代之。
    1916年，Einstein又创立了广义相对论 —— 关于引力场的理论。广义相对论的建立，对时空观念做了进一步变革：将时空性质与物质的存在更紧密地联系起来了，时间和空间不能脱离物质世界而独立存在，不是物体存在于空间之中，而是这些物体具有空间的广延性。因此，一无所有的空间是没有意义的。
    相对论目前已被大量的实验事实所证实，它已成为近代物理学和一些现代工程技术不可缺少的理论基础，有着重要的指导意义。
    相对论和量子论是近代物理学的两大支柱，是近代物理学的理论基础，在这些理论的指导下，推动了微观领域各个学科的建立与发展，形成了众多的理论体系。