长治学院学士学位论文
狭义相对论建立过程中的物理思想史
专业：物理学专升本 姓名：徐利春 学号：10205632
指导教师：张栓柱
摘 要 ： 本文简要回顾了狭义相对论发现的历史，从概念到思维，由理论和方法，以及应用理解
到归纳创新等方面，论述狭义相对论是爱因斯坦集之前诸多科学家的科学成果精品之作。表达了狭义相对论的发现是体现科学继承性的一个很好的典范。
关键词： 爱因斯坦 创新 狭义相对论 1、引言
爱因斯坦于1905年6月向德国的《物理年鉴》(Annalen der Physik)发表了论动体的电动力学》论文，这种理论依据的两条原理分别是力学相对性原理和光速不变性，标志着爱因斯坦创立了狭义相对论，使电磁场理论和经典力学得到了统一，开创了物理学的新纪元。
研究近代物理学史，深感狭义相对论是爱因斯坦科学创新的精美标本。但是纵观狭义相对论发现的历史，不难发现其是集之前多为伟大科学家研究成果之上的大成。狭义相对论的发现，无疑是爱因斯坦的创新，但其创新是继承性，所以在这个过程中必须体现出麦克斯韦、伽利略、洛伦兹等伟大科学家的功绩。这同样也是对科学研究继承性的尊重。本文追述了狭义相对论的发现过程，展示了狭义相对论的创新性是体现科学继承性的一个很好的典范。当然科学研究同样也需要另外一种推出出新的创新性，爱因斯坦的广义相对论为一个很好的典范，后文略有叙述。 2 、 爱因斯坦之前的狭义相对论
19世纪末期物理学家汤姆逊在一次国际会议上讲到“物理学大厦已经建成，以后的工作仅仅是内部的装修和粉刷”。但是，他话锋一转又说：“大厦上空还漂浮着两朵‘乌云’，麦克尔逊－莫雷试验结果和黑体辐射的紫外灾难。”正是为了解决上述两问题，物理学发生了一场深刻的革命导致了相对论和量子力学的诞生。
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早在电动力学麦克斯韦方程建立之日，人们就发现它没有涉及参照系问题。人们利用经典力学的时空理论讨论电动学方程，发现在伽利略变换下麦克斯韦方程及其导出的方程（如亥姆霍兹，达朗贝尔等方程）在不同惯性系下形式不同，这一现象应当怎样解释？经过几十年的探索，在1905年终于由爱因斯坦创建了狭义相对论。
相对论是一个时空理论，要理解狭义相对论时空理论先要了解经典时空理论的内容。 所以要认真看以下的内容，有利于对相对论的理解。
2.1 “以太”概念及绝对参照系
2.1.1“以太”的概念
在麦氏预言电磁波之后，多数科学家就认为电磁波传播需要媒质（介质）。这种介质称为“以太”（经典以太）。“以太”应具有以下基本属性： （1）充满宇宙，透明而密度很小（电磁弥散空间，无孔不入）；
（2）具有高弹性。能在平横位置作振动，特别是电磁波一般为横波，以太应是一种固体（ G是切变模量 ρ是介质密度）；
（3）以太只在牛顿绝对时空中静止不动，即在特殊参照系中静止。
在以太中静止的物体为绝对静止，相对以太运动的物体为绝对运动。引入“以太”后人们认为麦氏方程只对与“以太”固连的绝对参照系成立，那么可以通过实验来确定一个惯性系相对以太的绝对速度。一般认为地球不是绝对参照系。可以假定以太与太阳固连，这样应当在地球上做实验来确定地球本身相对以太的绝对速度，即地球相对太阳的速度。为此，人们设计了许多精确的实验（包括爱因斯坦也曾设计过这方面的实验），其中最著名、最有意义的实验是迈克尔逊——莫雷实验（1887年）。 2.1.2 光行差现象
光行差现象首先由J.Bradley于1727年报道的。
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如图：[布喇德雷光行差现象](1728) a)地球相对与该恒星静止。
b)地球相对与该恒星与恒速率运动。 C)太阳相对于以太是静止的
布喇德雷对天龙座γ星进行了一年的观测得到的结论是：以太相对于恒星静止。或者说：以太完全不被地球所拖拽。
2.1.3 麦克尔孙——莫雷实验 实验目的
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寻找电动力学规律成立的绝对参考系，即与以太静止的参照系。 实验假设： 1．假定电磁场方程在绝对惯性系中严格成立（地球上认为近似成立）。 2．在“以太”中光速各项同性，且恒等于C，而在其它参照系中，光速非各项同性（由伽利略变换可知（3）假定太阳与以太固连，地球相对于以太的速度就应当是地球绕太阳的运动速度。
实验结果
干涉条纹移动上限为0.01个，这样反推出地球相对以太速度大约为：0。 以后又做了许多实验，结果相同。可以认为条纹没有移动，即地球相对以太静止。（后来的许多次类似实验，精度越来越高。）。这一结果引起很大轰动。
所以，光行差现象和迈克尔孙－莫雷实验表明光速与参考系的运动无关。于是否定了以太假说。
2.2 从哥白尼到“舟行不觉”的伽利略相对性
哥白尼在16世纪中期提出日心说。尽管较之极其繁琐的托勒密地心说完美而 简单，既符合毕达格拉斯匀速圆周运动思想和亚里士多德物理学的宇宙几何学说，又试图以日心说的和谐证明上帝存在，但哥白尼认为太阳是宇宙中心，违背圣经、触及上帝权威，仍被视为异端。17世纪初，天主教会宣布禁令。布鲁诺支持哥白尼，且并不以为太阳是中心，主张宇宙无限、不存在中心，1600年被活活烧死。赞同哥白尼学说的伽利略也受到严重迫害。亚里士多德一托勒密体系的维护者竭力在学术上反对日心说，一个重要理由是：如果地球在高速运动，为什么人们感觉不到?
对此伽利略做了回答，伽利略开创了实验和理性思维相结合的近代物理研究方法，得到许多重要结果，在名著 关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话 (1632年) 和((关于两门新科学的对话(1638年)中，做了系统的总结。在第一部对话中，伽利略写道：“把你和你的朋友关在一条大船甲板下的主舱里。??在仔细观察这些事情之后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速、不要左右摆动，你会发现，所有上述现象丝毫没有变化。你也无法从其中任何一个现象来确定船是在运动，还是停着不动；即使船运动得相当快??。”他论证了极为重要的道理：从平稳行驶的船中发生的任何“事情”，无法判
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断船是在平稳匀速运动还是静止不动。驳斥了地心说对地动的非难。在第二部对话中，伽利略表述了另一重要结果。沿斜面AB滑下的物体，在B点以其得到的速度沿着斜面BC向上运动，则物体不受BC倾斜的影响仍将达到与A点相同的高度，只是需要的时间不同；当第二个斜面为既不上升、亦不下降的水平面时，物体将一直以已获得的速度永远向前运动。伽利略前进了一大步，认识到不受其他物体作用，物体可以运动不止，非常接近惯性定律.
2.2.1 伽利略相对性原理
物理学具有方向的相对性原理，那么是否存在参考空间相对运动的相对性。即是否存在物理上等效并且彼此相对运动（惯性运动）的参考空间.
1、 伽利略相对性原理：对于不同的惯性系，力学规律是完全相同的。伽利略大
船思想实验。
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x??x?vty??y伽利略变换：z??zt??t
牛顿运动定律在伽利略变换下是协变的。但是这个变换暗含了2个基本假设。
2、
绝对时空观
① 时间是绝对的：在经典物理中，一个事件的时间是这样确定的， 其成立条件： 第一， 第二，
存在瞬时传播信号；
时钟的运动不影响他的快慢。
只有这样，在不同惯性系中测量同一个事件的时间才是相同的。（假定不同惯性系中的时钟已经调整同步）
② 长度是绝对的：对于一个给定惯性系中静止的尺具有的长度，在相对于那个惯性系
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