第25課 現代科學革命
教材p107第二、三自然段對相對論作了簡單地介紹,文字閱讀框《穿越時空的夢想》也對相對論的相對性原理作了直觀的說明,請同學們閱讀。
關于相對性原理,有一個時間與空間相對性的例證。一個觀察者看來是同時發生的事件,另一個向他作相對運動的觀察者看來便不是同時發生的。兩個這樣的觀察者對兩個事件之間的時間間隔的估計將會不一致,同時他們對距離的衡量也會不一致。假定兩個作相對勻速運動的觀察者所得到的光速相同,那么,只要他們對時間與空間運用不同的量度,就能對于現象得到相同的自然規律,并能精確地說明這種差距有多少,換句話說,每個觀察者都有自己的一套時間——空間的框架,對于一切觀察者全都相同的絕對空間時間是不存在的。
關于光速不變原理,也有例證,就是尺縮效應和鐘慢效應。假定一個觀察者b帶著一只座鐘和一把碼尺,并把碼尺指向他運動的方向。當他向觀察者a旁邊走過時,在a起來他的尺子不足一碼長,他的鐘也變慢了。b相對于a的速度愈大,這差額也就愈大。假如b用光速在a的旁邊通過,我們得到的結果是驚人的,這時b的碼尺長度將等于0,他的鐘也完全不足了。這就是說光速的速度的極限,宇宙間沒有任何東西能以大于光速的速度運動。運動尺子的縮短和運動時鐘的變慢效應,都是相對時空的基本屬性,與物體內容結構無關。如果物體的速度比光速小得多,相對論力學就可以解釋牛頓力學。
相對論與我們的生活常識有著巨大的差距,但卻被科學實驗所證實,這就給我們提出了一個問題:常識總是正確的嗎?常識和正確的理論起沖突的時候,應當怎樣分辨呢?
常識是我們在生活的經驗和過程中所具備的,甚至可以說,是構成我們正常生活的基礎,所以常識是根深蒂固的。這種根深蒂固、雷打不動的認識,往往構成了我們尋找真理和本質,在探詢日常生活之外的事物的規律時,我們認識的障礙。日常生活中,常識是必要的,但是科學發展和人類進步不是只靠常識和直覺就可以的。因此,從這個角度來理解,科學家們通過精確、巧妙的物理學實驗得出的理論,也是經過了同常識的反復斗爭而做出的,這更加體現出科學探索之路的艱難。
相對論是人類精神寶庫中璀璨的明珠,而相對論的發明者愛因斯坦也因此名垂青史。關于相對論的評價,是教材p107本目內容的最后一個自然段。
找學生閱讀教材p107本目內容的最后一個自然段:相對論的提出是物理學領域最偉大的革命。它在很大程度上解決了19世紀末出現的經典物理學的危機,可以廣泛地解釋不同運動狀態的物質,創立了一個全新的物理學世界,極大地擴展了物理學應用的領域。同時,相對論也打破了經典物理學絕對化的思維模式,為人們提供了辯證地看待世界的途徑。
自相對論橫空出世以后,人類的認識有了極大的擴展:由低速領域跨入高速領域,由宏觀領域延伸到宇宙觀領域,由我們生存的三維空間到時間、空間共同構成的四維空間。對地整個人類來說,由相對論引發了史無前例的改變,不僅僅局限于一個時代:人們認識到時間和空間的相互依賴關系、時間和空間的相對意義,認識到時間、空間與物質運動相互依賴關系。對于人類意識來說,這的確是一場深刻的革命。
相對論驅散了漂浮在物理學晴空上的第一朵烏云,那么,另一朵烏云是怎樣被驅散的呢?