狭义相对论的时空观及广义相对论简介共34页

广义相对论狭义相对论

广义相对论狭义相对论
广义相对论与狭义相对论是相对论的两个重要分支，它们分别探讨了不同的物理现象和理论模型。

广义相对论是爱因斯坦在1915年提出的，它是一种描述引力的理论，它认为引力是由物体所产生的曲率所引起的。

而狭义相对论则是爱因斯坦在1905年提出的，它是一种描述运动的理论，它认为时间和空间是相互关联的，而且它们的度量是相对的。

广义相对论是一种描述引力的理论，它认为引力是由物体所产生的曲率所引起的。

这个理论的核心是爱因斯坦场方程式，它描述了物体如何影响周围的时空结构。

这个理论的一个重要预测是黑洞的存在，黑洞是一种极度强大的引力场，它可以吞噬一切物质和能量。

广义相对论还预测了引力波的存在，这是一种由引力场产生的波动，它们可以通过引力波探测器来探测。

狭义相对论是一种描述运动的理论，它认为时间和空间是相互关联的，而且它们的度量是相对的。

这个理论的核心是洛伦兹变换，它描述了物体在不同参考系中的运动状态。

这个理论的一个重要预测是质量增加效应，这是一种由物体运动状态引起的质量增加现象。

狭义相对论还预测了光速不变原理，这是一种由光速恒定不变所引起的现象，它可以解释一些奇怪的物理现象，比如双子星谬论。

总的来说，广义相对论和狭义相对论是两个相互关联的理论，它们共同构成了现代物理学的基础。

广义相对论描述了引力的本质，而
狭义相对论描述了运动的本质。

这两个理论的发现不仅推动了物理学的发展，也深刻地影响了我们对宇宙和自然界的认识。

爱因斯坦狭义相对论时空观的主要内容

爱因斯坦狭义相对论时空观的主要内容相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由爱因斯坦创立，分为狭义相对论(特殊相对论)和广义相对论(一般相对论)。

相对论的基本假设是光速不变原理，相对性原理和等效原理。

相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。

奠定了经典物理学基础的经典力学，不适用于高速运动的物体和微观条件下的物体。

相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。

相对论极大的改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”，“四维时空”“弯曲空间”等全新的概念。

狭义相对论，是只限于讨论惯性系情况的相对论。

牛顿时空观认为空间是平直的、各向同性的和各点同性的的三维空间，时间是独立于空间的单独一维（因而也是绝对的）。

相对于一个惯性系来说，在不同的地点、同时发生的两个事件，相对于另一个与之作相对运动的惯性系来说，也是同时发生的。

狭义相对论认为空间和时间并不相互独立，而是一个统一的四维时空整体，并不存在绝对的空间和时间。

同时性问题是相对的，不是绝对的。

在某个惯性系中在不同地点同时发生的两个事件，到了另一个惯性系中，就不一定是同时的了。

在狭义相对论中，整个时空仍然是平直的、各向同性的和各点同性的，这是一种对应于“全局惯性系”的理想状况。

宇宙的概念: 宇宙是由空间、时间、物质和能量，所构成的统一体。

是一切空间和时间的综合。

宇宙的标准模型概念: 大爆炸模型,宇宙是在过去有限的时间之前，由一个密度极大且温度极高的太初状态演变而来的，并经过不断的膨胀到达今天的状态。

赫罗图的概念: 这张图是研究恒星演化的重要工具，赫罗图是恒星的光谱类型与光度之关系图，赫罗图的纵轴是光度与绝对星等，而横轴则是光谱类型及恒星的表面温度，从左向右递减。

黑洞的概念: 黑洞是一种引力极强的天体，就连光也不能逃脱。

当恒星的史瓦西半径小到一定程度时，就连垂直表面发射的光都无法逃逸了。

这时恒星就变成了黑洞。

虫洞的概念：“虫洞”就是连接宇宙遥远区域间的时空细管。

大学物理2 -5-第1章-狭义相对论时空观

第 1 章狭义相对论时空观
本章主要讲解四个方面问题：
1）伽利略坐标变换、力学相对性原理及牛顿力学的时空观。 2）狭义相对论基本原理。 3）洛仑兹坐标变换和速度变换。 4）狭义相对论时空观。第 1 章狭义相对论时空观
狭义相对论时空观 (相对论运动学)
t 与运动状态无关, 时空独立。牛顿时空观: r 、空间 r、时间t 相对论时空观 : r 、 t 与运动状态有关, 时空统一。
2、长度收缩（长度的相对性，运动尺度缩短）
Y
O
O Y
u
x 2 t
X
t x1
x1
x2
X
棒的长度: 测量两端坐标来确定
(i ) 棒相对于 K 参考系静止 K系测量: 无论同时或不同时l0 x2 x1 本征长度( 静长 ) (ii) 棒相对于 K 参考系运动 t1 t ) K系测量: 必须同时测量两端坐标 ( t2
空间间隔测量的相对性的反映。
③ 在与相对运动垂直的方向上，无相对运动，故不发
生长度收缩。
第 1 章狭义相对论时空观
l l0
u 1 c
2
【例题】马路边竖立着一块正方形广告牌，其面积为 100 m2，以 0.80C 的速度行驶的“爱因斯坦”牌摩托
车的驾驶员测得该广告牌的面积为多少？
dx
dx udt
2

vx u
2
dt
第 1 章狭义相对论时空观
所以得:
vx u v x uv x 1 2 c 2 u vy 1 c v y uv x 1 2 c 2 u vz 1 c v z uv x 1 c2

狭义相对论的三个时空观

狭义相对论的三个时空观
狭义相对论是爱因斯坦于1905年提出的一种物理学理论，它涉及到了时间和空间的观念。

狭义相对论的三个时空观如下：
1. 相对性原理：狭义相对论的第一个时空观是相对性原理，它认为物理定律在所有惯性参考系中都是相同的。

换句话说，物理定律在不同的观察者之间是不变的，无论他们的运动状态如何。

这意味着没有一个特定的参考系是绝对的，而是都是相对的。

2. 光速不变原理：狭义相对论的第二个时空观是光速不变原理，它指出光速在真空中是恒定不变的，无论观察者自身的运动状态如何。

这意味着光在不同的参考系中传播的速度始终是相同的。

这个原理对于理解狭义相对论中的时间和空间的变化至关重要。

3. 时空的相对性：狭义相对论的第三个时空观是时空的相对性。

根据狭义相对论，时间和空间是相互关联的，构成了一个四维时空的连续体。

观察者的运动状态会导致时间和空间的相对变化，即时间的流逝速度和空间的长度会随着观察者的运动状态而发生变化。

这个时空观对于理解相对论中的时间膨胀和长度收缩等效应至关重要。

狭义相对论的时空观

如: 父母从甲地迁到乙地生下自已的儿子就必须有一迁移速度u
投球，就有球从出手到进球的速度…..
所有这些都称为信号传递速度。
或者说：因果关系不能颠倒，导至
v c2 u 1
vc uc即因果关系不
能颠倒导至信
结论：有因果关系的问题的号传递速度不
时序是不能颠倒的。尽管时能超过光速C。
空是相对的，但相对论中也光速C是最大
与实2021/验8/17 情况吻合得很好!
18
注意:时间的延缓是时空的自身的一种特性,与过程是生物的,化学的还是机械的无关!包括人的生命.为此介绍双生子佯谬.(Twin paradox)
一对双生兄弟:“明明”和“亮亮”,在他们20 岁生曰的时候 ,明明坐宇宙飞船去作一次星际旅游,飞船一去一回作匀速直线运动,速度为 0.9998C.明明在天上过了一年,回到地球时,亮亮已多大年龄?
O’ O
t t0
t
' 1
Y’
X’
t O’
t
' 1
t0
X’
X
如果换成K’系来观测K系的钟呢？
2021/8/17
15
Y’
v
K’
K
Y’ 你的钟慢了！
O’
Y O
2021/8/17
X’
v
K’ X’ X
16
我们看一雷达钟，
t00
结果一样！
2021/8/17
17
时间延缓的实验验证：
1966---1967年欧洲原子核研究中心（CERN）对粒子进行了研究。粒子是一种基本粒子，在静系中测得的寿命为0=2.210-6秒.当其加速到v= 0.9966C时,它漂移了九公里.

相对论的时空观课件PPT

起着至关重要的作用。
广义相对论中的时空曲率
时空曲率的概念
在广义相对论中，物质和能量会导致时空发生弯曲，这种弯曲被称为时空曲率。
时空曲率与引力的关系
时空曲率决定了物体在引力场中的运动轨迹，引力则被视为是物体沿着时空曲率运动的趋势。
时空曲率的应用
时空曲率在解释行星轨道、光线偏折、引力透镜效应等现象中起着关键作用，也是构建宇宙模型的重要基础。
相对论在通信领域的应用
1 2
全球定位系统（GPS）相对论效应对GPS定位精度至关重要，需要考虑时间膨胀和长度收缩效应，以确保准确的导航。
深空通信
相对论在深空通信中发挥了关键作用，解释了无线电信号在太空中的传播延迟现象。
3
量子通信
相对论对量子通信的发展产生了影响，解释了量子纠缠等现象，为未来的通信技术提供了新的可能性。
相对论的时空观课件
目录
• 相对论的时空观简介 • 相对论的时空观的基本原理 • 狭义相对论的时空观 • 广义相对论的时空观 • 相对论的时空观的实验验证 • 相对论的时空观的应用
01
相对论的时空观简介
什么是相对论的时空观是一个统一的整体，称为时空。
光速不变原理
总结词
光速不变原理是指在任何惯性参照系中，光在真空中的传播速度都是恒定的，约为每秒299,792,458米。
详细描述
光速不变原理是相对论的重要基石之一。它表明光速是一个绝对常数，不依赖于光源或观察者的运动状态。这一原理排除了超距作用的可能性，并强调了时间和空间相对性的重要性。
等效原理
广义相对论中的引力透镜效应
引力透镜效应的概念
当光线经过引力场时，由于时空曲率的作用，光线会发生弯曲，形成像透镜一样的效果，称为引力透镜效应。

狭义相对论的四维时空观

狭义相对论的四维时空观狭义相对论的四维时空观狭义相对论是建立在四维时空观上的一个理论，因此要弄清相对论的内容，要先对相对论的时空观有个大体了解。

在数学上有各种多维空间，但目前为止，我们认识的物理世界只是四维，即三维空间加一维时间。

现代微观物理学提到的高维空间是另一层意思，只有数学意义，在此不做讨论。

四维时空是构成真实世界的最低维度，我们的世界恰好是四维，至于高维真实空间，至少现在我们还无法感知。

我在一个帖子上说过一个例子，一把尺子在三维空间里（不含时间）转动，其长度不变，但旋转它时，它的各坐标值均发生了变化，且坐标之间是有联系的。

四维时空的意义就是时间是第四维坐标，它与空间坐标是有联系的，也就是说时空是统一的，不可分割的整体，它们是一种”此消彼长”的关系。

四维时空不仅限于此，由质能关系知，质量和能量实际是一回事，质量（或能量）并不是独立的，而是与运动状态相关的，比如速度越大，质量越大。

在四维时空里，质量（或能量）实际是四维动量的第四维分量，动量是描述物质运动的量，因此质量与运动状态有关就是理所当然的了。

在四维时空里，动量和能量实现了统一，称为能量动量四矢。

另外在四维时空里还定义了四维速度，四维加速度，四维力，电磁场方程组的四维形式等。

值得一提的是，电磁场方程组的四维形式更加完美，完全统一了电和磁，电场和磁场用一个统一的电磁场张量来描述。

四维时空的物理定律比三维定律要完美的多，这说明我们的世界的确是四维的。

可以说至少它比牛顿力学要完美的多。

至少由它的完美性，我们不能对它妄加怀疑。

相对论中，时间与空间构成了一个不可分割的整体——四维时空，能量与动量也构成了一个不可分割的整体——四维动量。

这说明自然界一些看似毫不相干的量之间可能存在深刻的联系。

在今后论及广义相对论时我们还会看到，时空与能量动量四矢之间也存在着深刻的联系。

--------------------------------------------------------------------------------狭义相对论基本原理物质在相互作用中作永恒的运动，没有不运动的物质，也没有无物质的运动，由于物质是在相互联系，相互作用中运动的，因此，必须在物质的相互关系中描述运动，而不可能孤立的描述运动。

爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论

爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论一、引言爱因斯坦是20世纪最伟大的科学家之一，他的相对论被认为是现代物理学的里程碑。

其中，狭义相对论和广义相对论是他最为著名的两个理论，本文将详细介绍这两个理论。

二、狭义相对论1. 狭义相对论的背景在19世纪末，麦克斯韦等人发现了电磁波，并提出了电磁波在真空中传播速度为光速。

然而，在牛顿力学中，时间和空间是绝对不变的，这与电磁波速度恒定的事实不符。

因此，爱因斯坦在1905年提出了狭义相对论来解决这个问题。

2. 狭义相对论的基本原理（1）光速不变原理：无论观察者是否运动，光速都是恒定不变的。

（2）时空相对性原理：物理定律在所有惯性参考系中都具有相同形式。

（3）等效原理：惯性质量和重力质量是等价的。

3. 狭义相对论的影响（1）引入了新概念：时空、事件、间隔等。

（2）解决了电磁波速度恒定的问题，为后来的量子力学和相对论物理学提供了基础。

（3）改变了人们对时间和空间的观念，推动了科学哲学的发展。

三、广义相对论1. 广义相对论的背景狭义相对论只适用于惯性参考系，无法解释重力现象。

因此，爱因斯坦在1915年提出了广义相对论来解决这个问题。

2. 广义相对论的基本原理（1）等效原理：惯性质量和重力质量是等价的。

（2）时空曲率：物质会弯曲时空，形成引力场。

（3）测地线方程：物体运动轨迹遵循最短路径原则。

3. 广义相对论的影响（1）解释了引力现象，如黑洞、星系结构等。

（2）推动了宇宙学研究的发展。

（3）改变了人们对时间和空间结构的认识。

四、总结爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论是现代物理学中最为重要的两个理论之一。

狭义相对论解决了电磁波速度恒定的问题，推动了相对论物理学的发展；广义相对论解释了引力现象，推动了宇宙学研究的发展。

这两个理论不仅改变了人们对时间和空间的认识，也推动了科学哲学的发展。

E1狭义相对论时空观

长度缩短
y
y'
x' 1-u /c x
2 2
Lx 1 (0.6c) / c 2 3 L' 5
3L ' 2
u 0.6 c
L' 30 0 3 L' 2
L' 2
tg
Ly Lx

5 4 3
0
x x'
36
第 1章
-3
狭义相对论时空观
0.8c
3
例一个粒子的寿命为 3.0 10 s 它在地球上 1000km 处生成,它以的速度落向地球,问它能到达地球吗? 3
x
x ut 1 u c2
2
( x ut )
y y z z
2 ux c t (t 2 ) 2 c u 1 2 c
t1
t
t ux
c2 u2 1 2 c
ux1
t2 （ u x2 x1 ) 1 u c2
t
c2 u2 1 2 c
旋转无变化
以太不存在
坐标系必须建立在什么上？关于不同坐标系的光速？
第 1章
伽利略时空变换：设K’系沿公共的X轴相对K系以速度 u 运动 K和K'都惯性系
狭义相对论时空观
K系
Y
Y K 系
P
O
ut O
x
( x, y, z ) ( x , y, z )
X
X
Z
x Z
光在K’系和K系中速度不一样
第 1章
狭义相对论时空观
例一列高速火车以速度u驶过车站时，固定在站台上的两只机械手在车厢上同时划出两个痕迹，静止在站台上的观察者同时测出两痕迹之间的距离为1 m，则车厢上的观察者应测出这两个痕迹之间的距离为多少？

相对论动力学广义相对论简介相对论3

v = 8.4 t
作 v2 ~ Ek 曲线
贝托齐电子极限速率实验（1962）
⎛ ⎛ E ⎜ 1−⎜ 1+ ＋ k ⎞ 2= ⎟ v ⎜ m c2 ⎟ ⎜ ⎜ ⎝ 0 ⎠ ⎝
−2 ⎞
－
⎟ c2 ⎟ ⎟ ⎠
实验结果：电子极限速度等于真空中的光速
2、质能关系
E k = mc 2 − m0 c 2
爱因斯坦认为：E0 = m0 c2 为静止能量
x
dE k = mv d v + v d m
2
由m=
m0 1− v / c
2 2
m (c −v )= m c
2 2 2
2 2 0
2 mc dm − 2 mv dm − 2 m vdv = 0
2 2 2
mv d v = (c − v ) d m
2 2
代入dEk表达式中
d Ek = c d m
2
由于物体从静止开始运动，两边积分
v
at
m
•
r a
an
r r r dm r F = m ( a n n + a tτ ) + v dt
r r r dm F = ma + v dt
dm r r r = ma n n + ma tτ + v τ dt
at
m
•
Ft
r v
r a
r F
r dm r r F = man n + ( mat + v )τ dt r r v
−u S
0
v′ = − u A
A
m′ A
v′ = u B
0′
B
x′
M′

狭义相对论时空观

解: 设火箭为 S' 系、地球为 S 系
t ' 10 min
t t' 10 min 32.01min
1 2 1 0.952
运动的钟似乎走慢了.
世界会向那些有目标和远见的人让
12
路与君共勉
他惯性系中观察也世是界会同向那时些有的目标和.远见的人让
3
路与君共勉
18 - 4 狭义相对论的时空观
第十八章相对论
二长度的收缩
s
y s' y' v
x'1
l0
x'2 x'
o
z
o'
z'
x1
x2 x
标尺相对s' 系静止在s' 系中测量
l0 x'2 x'1 l'
在 S 系中测量
l x2 x1
9
3
6
( x1, t1 ), ( x2 , t2 )
d
9
x2
t1
12 x
3 6
t2
世界会向那些有目标和远见的人让
(t'1
(t'2
vcx2')
vcx2')
9
路与君共勉
18 - 4 狭义相对论的时空观
第十八章相对论
y
s
x1
o 12
9
3
6
12
93
6
d
x2
12 x
9
3
6
t (t' vc2x') x' 0
2）时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的进程.（例如新陈代谢、放射性的衰变、寿命等 . ）

狭义相对论的时间观

一、同时的相对性（Relativity of Simultaneity ）：狭义1．概念相对论的时空观认为：同时是相对的。

即在一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中不一定是同时的。

例如：在地球上不同地方同时出生的两个婴儿，在一个相对地球高速飞行的飞船上来看，他们不一定是同时出生的。

2．例子：Einstein 列车：以u 匀速直线运动，车厢中央有一闪光灯发出信号，光信号到车厢前壁为事件1，到后壁为事件2；地面为S 系，列车为S'系。

在S'系中，A 以速度v 向光接近；B 以速度v 离开光，事件1与事件2同时发生。

在S 系中，光信号相对车厢的速度v ’1=c-v ，v ’2=c+v ，事件1与事件2不是同时发生。

即S'系中同时发生的两个事件，在S 系中观察却不是同时发生的。

因此，“同时”具有相对性。

说明：Lorentz 速度变换式中，是求某质点相对于某参考系的速度，不可能超过光速。

而在同一参考系中，两质点的相对速度应该按矢量合成来计算。

2．解释：在S'系中，不同地点x 1'与x 2'同时发生两件事 t 1'= t 2'，Δ t '= t 1'- t 2'=0，Δ x '=x 1' – x 2'在S 系中()221c v x c v t t -'∆+'∆=∆由于Δ t '=0。

Δ x '=x 1' – x 2'≠0，故Δ t ≠0。

可见，两个彼此间作匀速运动的惯性系中测得的时间间隔，一般来说是不相等的。

即不同地点发生的两件事，对S'来说是同时发生的，而在S 系中不一定是同时发生的。

若Δ x '=x 1' – x 2'=0，则Δ t =0，即是同一地点同时发生的两件事，则在不同的惯性中也是同时发生的。

狭义相对论广义相对论的区别

狭义相对论广义相对论的区别狭义相对论和广义相对论是爱因斯坦相对论的两个重要分支，它们深刻地改变了我们对时空和引力的认识。

两者都对物理学和天文学产生了深远影响，但它们又有着不同的适用范围和解释能力。

在本文中，我将为您深入解析狭义相对论和广义相对论的区别，以便更好地理解这两个重要的物理学理论。

1.定位和范围狭义相对论主要研究的是惯性系内的物理现象，在相对静止的参考系内，描述时间和空间的变换。

而广义相对论更进一步，研究的对象是引力场，它描述物质和能量如何影响时空的弯曲。

狭义相对论更适用于高速运动和特殊情况下的物理现象，而广义相对论则适用于引力和弯曲空间时间的情况。

2.基本原理和假设狭义相对论建立在两个基本假设上：相对性原理和光速不变原理。

而广义相对论在这基础上加上了等效原理，即物体的自由下落和惯性运动是等效的。

这些基本假设和原理使得狭义相对论和广义相对论在描述时空和引力的方式上产生了本质的不同。

3.时空的描述狭义相对论中，时空被描述成四维的时空坐标系，其中时间和空间是统一的。

而广义相对论引入了弯曲时空的概念，通过引力来描述物体在时空中的运动。

这使得广义相对论能够描述黑洞、引力波等现象，而狭义相对论则不能。

4.引力的描述在狭义相对论中，引力被解释为物体在时空中的运动所产生的效应，而广义相对论将引力看作是时空的弯曲，描述为物体受力的结果。

这种对引力的不同解释带来了不同的预测和实验验证方式。

5.实验和应用狭义相对论和广义相对论的实验验证也有所不同。

狭义相对论的实验主要集中在高速运动以及质能转换上，而广义相对论的实验涉及引力场、星系结构和宇宙学模型等更为宏大的范围。

总结回顾通过以上分析，我们可以看到狭义相对论和广义相对论有着明显的区别。

狭义相对论主要关注高速运动和特殊情况下的物理现象，描述时空和引力的变换，而广义相对论则更进一步，揭示了引力场如何影响时空结构。

这两个理论的提出，推动了人类对时空和引力的理解向前迈进。

相对论的狭义相对论与广义相对论

相对论的狭义相对论与广义相对论相对论是一门革命性的物理学理论，由爱因斯坦提出，对我们对于时间、空间和引力的理解产生了深远的影响。

相对论可以分为狭义相对论和广义相对论两个方面，它们分别适用于不同的物理情境，并展示出了截然不同的现象和理论框架。

在本文中，我们将详细探讨相对论的狭义相对论和广义相对论的概念和应用。

首先，我们来讨论狭义相对论。

狭义相对论是相对论的最早阶段，也是相对论最初的基本概念。

在狭义相对论中，爱因斯坦提出了两个重要的理论性假设：光速不变和相对性原理。

光速不变意味着光在任何参考系下都以相同的速度传播，而相对性原理则表明物理定律在一切惯性系中都必须具有相同的形式。

基于这些假设，狭义相对论推导出了一系列重要的结果。

其中最为著名的是时间的相对性。

狭义相对论指出，时间并不是一个普遍的绝对概念，而是相对于观察者的运动状态而言。

具体而言，当物体以接近光速的速度运动时，时间会变得相对于静止观察者而言变慢。

这一现象被称为时间膨胀。

除了时间的相对性外，狭义相对论还探讨了空间的相对性。

相对论中引入了四维时空的概念，即时间和空间被统一在一起，形成一个四维时空的坐标系。

在这个坐标系下，物体的运动将在时空中产生弯曲，存在一个所谓的时空弯曲效应。

这一效应在高速和高引力条件下尤为显著。

接下来，我们转到广义相对论的讨论。

广义相对论是相对论的更为深入和完整的理论框架。

广义相对论建立在狭义相对论的基础上，进一步将引力引入了物理学的框架中，并提出了著名的引力场方程：爱因斯坦场方程。

广义相对论通过引入度规张量来描述时空的弯曲。

这个度规张量可以表示时空的几何性质，而物体的运动轨迹则是由物体在弯曲时空中的自由下落决定的。

换句话说，广义相对论将引力视为时空弯曲的结果，而不再是牛顿力学中的作用力。

广义相对论对于大质量物体的运动和时空的形态提供了深入而准确的描述。

它成功地解释了许多观测现象，例如黑洞的形成和引力波的传播。

广义相对论还为宇宙学提供了一个理论基础，使我们能够更好地理解宇宙的起源、演化和结构。

狭义相对论和广义相对论的主要内容

狭义相对论和广义相对论的主要内容下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

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18-2狭义相对论的时空观及广义相对论简介

0
1
2
x'
1
2
x
z
长度测量的定义：对物体两端坐标的同时测量，两端坐标之差就是物体长度。
上列两式相减得：
x '2 x '1
x2 x1 1 2
即 l l 1 2 l0 1 2
长度收缩是一种相对效应，此结果反之亦然。洛伦兹收缩：物体在运动方向上长度收缩原长(也称静长或固有长度)：棒相对观察者静止时测得的它的长度。(原长最长) 当β<<1时，l≈l0
y
y'
sБайду номын сангаас
s'
v
d
9
12
3 6
x'
o
o'
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在 S系中观测两事件
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S系中棒长沿ox轴分量为：
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S系沿oy轴相对于S系的速度为零
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宇宙时空观和相对论简介

宇宙时空观和相对论简介（上）本文仅介绍相对论背景，影响，科普解释相对论，尽可能通俗易懂，让没有任何理工科背景的知友也会觉得么么哒！同时大概介绍一下，我们人类宇宙时空观是怎么一步一步艰难的走到今天高能预警本文较长，列个提纲，有助读者直接略过不感兴趣的部分，选读想要了解的内容，另外本文不适已经了解相对论，而且想进一步彻底理解相对论的知友阅读！全文中括号内容为弹幕体，略过不影响阅读提纲∙宇宙时空观的历史发展∙狭义相对论历史背景------电磁学的发展∙狭义相对论主要内容∙狭义相对论主要结论以及历史意义∙作者寄语1.相对论分为狭义相对论和广义相对论，分别由爱因斯坦在1905年和1916年发表参照历史事件：第一次世界大战1914年8月—1918年11月,所以说，在第一次世界大战中，我们必须要称赞德意志，它并没有严重阻碍本国科学家和国外科学家的学术交流，即使是和交战国的科学家交流，比较而言，纳粹德国在二战中的表现就太不尽人意相对论的概念是非常复杂抽象的，即使到了现代，能真能理解相对论的人几乎都在学术界，但是依然不影响它已深入人心，并且彻底的改变了我们人类的宇宙观时空观∙宇宙时空观的历史发展∙德谟克利特（前460年-前370年）绝对时空观，是原子的最先提出者，他认为世界是由原子构成的，原子在真空中相互碰撞结合形成我们今天的宇宙∙亚里士多德(前384～前322),绝对空间，相对时间（这是我们后来人总结的），并且他认为自然界不存在真空∙欧几里得（前364年-前283年）的几何第五公理，“直线外有且只有一点与已知直线平行” ，被认为是古希腊人时空观的数学体现，关于欧氏几何的五大定律还有很多有意思的事，我今后会在更新的希腊数学史中详细阐述∙近代时空观是由伽利略和牛顿创立，他们复活了德谟克利特的绝对时空观，并且给了数学定义，从此以后，宇宙就开始用数学来精确表达（定性分析过渡到定量分析），伽利略变换就是伽牛绝对时空观的数学表达：所有的力学定理在一切的惯性系普适（当时特指牛顿三大定律，万有引力）∙爱因斯坦提出现代宇宙时空观------相对论（后文详细说明，这里不赘述）∙实际上，自广义相对论发布以后，人类在天文学物理学方面就再也没有类似牛顿三大定律，相对论这样跨世纪的发现，目前仍然没有办法完全解释广义相对论和量子力学的矛盾（后面会介绍）$$$$狭义相对论历史背景------电磁学的发展狭义相对论虽然是宇宙时空观，它的产生背景却不是力学，而是电磁学在1600年的时候，英国科学家吉尔伯特就开始量化研究磁场，当然电磁学的标志性事件是1745年库伦发现库伦定律（哈哈，怎么读起来这么别扭！），伏特1800年发明电池，法拉第1831年发现电磁感应现象在1860年的时候。

相对论简介时间与空间

相对论简介时间与空间相对论是20世纪初由阿尔伯特·爱因斯坦提出的一套科学理论，该理论彻底改变了我们对时间、空间和宇宙的理解。

相对论主要包括狭义相对论和广义相对论两个部分。

狭义相对论于1905年发表，主要涉及恒定速度运动的物体，而广义相对论于1915年发布，描述了加速运动以及重力的影响。

本文将探索这两个部分的核心概念，特别是时间和空间在相对论中的重要性。

狭义相对论狭义相对论的基本假设包括：光速不变：在任何惯性参考系中，光速是一个常数，约为299,792,458米/秒。

物理法则的普适性：所有惯性参考系下的物理法则是相同的，观察者在不同的惯性参考系中进行实验会得到相同的结果。

时间的相对性在狭义相对论中，时间不像我们传统理解中的那样是绝对的，而是相对的。

一个著名的例子是”双生子悖论”。

这个悖论描述了两个双胞胎中一个宇航员以接近光速旅行，而另一个则留在地球上。

当宇航员返回时，他发现自己明显比留在地球上的双胞胎年轻。

这一现象来源于“时间膨胀”效应，即在高速运动 Down各物体（接近光速）的情况下，时间流逝变慢。

空间的弯曲空间也不是静态不变的。

在狭义相对论中，长度收缩是另一个重要概念：当物体以高速运动时，相对于静止观察者，它所测量到的长度会比静止状态下短。

假设一辆火车以接近光速穿过车站，从站上的观察者来看，这辆火车将显得短得多。

这种现象导致我们重新思考空间和运动之间的关系。

广义相对论广义相对论扩展了狭义相对论，并引入了重力的概念。

根据广义相对论，重力并不被视为传统意义上的一种“力”，而是一种由于质能弯曲时空而引起的现象。

爱因斯坦提出，一个大质量物体（如地球）会在周围时空中造成凹陷，这就像一块厚重之物放置于橡胶膜上造成的凹陷效果。

时空的结合在广义相对论中，时间和空间不再被视为分开的维度，它们合为一体形成四维时空。

这种观点改变了我们观察及理解宇宙的方法。

物体的运动不仅受限于三维空间，还受到四维时空结构的影响。

爱因斯坦的广义相对论与狭义相对论，分别讲了什么内容？

爱因斯坦的广义相对论与狭义相对论，分别讲了什么内容？
爱因斯坦的狭义相对论主要讲的是惯性参考系的变换下，力学规律与电学规律的相应变换。

同时，狭义相对论也把时间与空间的相互转化关系写了出来，那就是所谓的洛伦兹变换——也就是说，在一定程度上，时间可以变成空间，空间可以变成时间。

狭义相对论还给出了一个不变量，那就是一个粒子的静止质量——无论动量与能量怎么变化，静止质量是不会变的。

还有，狭义相对论给出了原子弹的原理性公式，这个是很重要的。

还有就是，在狭义相对论中，距离与时间都是随着参考系变化的。

最后，狭义相对论不能处理引力问题。

广义相对论是把狭义相对论与引力理论整合起来的一个重要理论。

它的数学基础是微分几何。

这个理论可以处理宇宙学与黑洞的问题。

最近对广义相对论的实验验证是引力波。

广义相对论是一个未来学科，因为在未来社会，人类可以通过广义相对论的方法来操作自己的时间，从而实现广义相对论金融。

极简科普：什么是狭义相对论和广义相对论？

极简科普：什么是狭义相对论和广义相对论？经“长尾科技”（ID：changweihulianwang）授权转载虽然相对论确实很反常识，但是还是可以试着通俗的讲一讲的。

相对论是对牛顿力学的一个修正首先我们要明白相对论是爱因斯坦对牛顿力学体系的一个修正，这个基调要明白，是修正不是革命替代。

也就是说牛顿的力学不是错了，而是它的适用范围有限，它只能在低速宏观的条件下使用，而当物体以接近光速运动的时候牛顿的力学就不太准了，这时候我们要用相对论力学来修正它。

也可以这样理解：牛顿力学是相对论力学在速度远小于光速时候的一个特例。

我们先看狭义相对论（叫狭义，是因为狭义相对论只在惯性系中有效，它考虑的是平直时空的问题，不涉及引力），看看它到底修正了牛顿力学的哪些东西，看看有哪些东西到了接近光速的时候就不能用牛顿力学来解释了。

不听话的光本来牛顿的世界一切都安静祥和美好，宇宙的规律似乎尽在掌握之中，但是这时候出现了一个不听话的东西：光。

光怎么个不听话法呢？因为光速它不变！有人说光速不变有什么奇怪的，物理学里速度不变的东西多了去了，声音在空气里的传播速度也不变，钟摆还一直规矩的摇摆呢。

但是，我说的光速不变不是指这个，而是说光速相对参考系不变怎么理解这句话成了理解狭义相对论的关键。

我给大家举个例子：假设你现在在一辆火车上，火车的速度是100米每秒，然后你以1米每秒的速度在火车里面往前走，这时候你想象一下如果地面上有个人，他测量你的速度的话，会是多少？我相信你敢肯定的说是101米每秒，这么简单的问题小学生都会。

没错，确实是101米每秒，地面上观测到人的速度就是火车的速度+人在火车上行走的速度。

而且，不光是人在里面行走，似乎不论什么东西，你在火车了扔飞镖也好，打枪也好，都会满足这种简单的加法，也就是说地面上的人观察到的速度一定是火车的速度加上火车里面东西的速度。

但是，当实验对象换成光的时候，这一切就变了。

我们现在都知道光速的大约是30万公里每秒（后面的光速用字母c代替），如果我在火车里打开一个手电筒，我在地面上的人测量这个光速，它居然不是c+100，而是依然还是c。