愛因斯坦與特殊相對論 東海大學物理系‧施奇廷 2015/6/27

自然科學概論 Q: 3 月 14 日是什麼日子？

自然科學概論 請寫下 你所知道的愛因斯坦，是怎樣的一個人？ 愛因斯坦做過什麼事？ 你覺得「物理」是什麼？

自然科學概論 1879/03/14 Ulm, Germany

自然科學概論 小時候 …… 不會說話？ 成績很爛？ 老師當他是 白癡？

自然科學概論 史上最強和平主義者 妹妹的證詞 ……

自然科學概論 1905: 爆炸性的一年 On a heuristic point of view concerning the production and transformation of light （光的量子 理論） On the motion of small particles suspended in liquids at rest required by the molecular-kinetic theory of heat （熱力學、布朗運動） On the electrodynamics of moving bodies （狹義相 對論）

自然科學概論

兩個「胡思亂想」 如果我「坐」在光上面，與光以同樣的 速度一起旅行，我會看到什麼？ 如果我搭的電梯電纜斷掉，變成自由落 體墜落，我會感受到什麼？ 狹義相對論！ 廣義相對論！

自然科學概論 牛頓（ Isaac Newton: 1642~1727 ） 空間是均勻的 空間是均向的 時間是均勻的 時間是均向的

自然科學概論 「同時性」的崩潰 任何兩個事件，都必須以「訊號」連結， 最快速的訊號是「光」 光速是有限的，因此要連結非同地的兩 事件，至少需要「距離／光速」的時間 對靜止的觀察者是「同時發生」的事件， 對運動中的觀察者則未必

自然科學概論 關於同時性的假想實驗

自然科學概論 Example ……

自然科學概論 光是一種波動

自然科學概論

光速是固定不變的 …… 相對運動的概念 「波」的相對運動 以太 Michelson-Morley 的實驗 Michelson-Morley 的實驗 既然光的傳播不需要介質，因此就沒有「相對速度的概念」

自然科學概論 站長看到球的速度＝ 車掌看到球的速度＋列車速度 站長看到光的速度＝ 車掌看到光的速度

自然科學概論 時間膨脹

自然科學概論 Time Dilation

自然科學概論 Proof of Time Dilation

自然科學概論 Proof of Time Dilation Hafele and Keating Experiment Time gained ~ 150 nm

自然科學概論 GPS and Time Dilation

自然科學概論 Twin Paradox

自然科學概論 Lorentz Contraction

自然科學概論 Lorentz Contraction V=0.1 C V=0.87 C V=0.99 C V=0.999 C

自然科學概論 Mass and Energy 物質的「靜止質量」： m 速度： v ；光速： c 古典動能： E=mv 2 /2 相對論： E 2 =m 2 c 4 +p 2 c 2 → E=  mc 2 質量與能量之間可以互換 運動中的物體質量將增加 當接近光速時，質量趨近於無窮大 → 凡是靜止質量 為正之物質皆無法被加速至光速

自然科學概論 1945/8/6 Hiroshima 1945/8/9 Nagasaki

自然科學概論 Example ……