相对论
相对论
相对论相对论（关于时空和引力的基本理论）相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由阿尔伯特·爱因斯坦创立，依据研究的对象不同分为狭义相对论和广义相对论。
相对论的基本假设是相对性原理，即物理定律与参照系的选择无关。
狭义相对论和广义相对的区别是，前者讨论的是匀速直线运动的参照系（惯性参照系）之间的物理定律，后者则推广到具有加速度的参照系中（非惯性系），并在等效原理的假设下，广泛应用于引力场中。
相对论极大地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”、“弯曲时空”等全新的概念。
它发展了牛顿力学，推动物理学发展到一个新的高度。
狭义相对性原理是相对论的两个基本假定，在目前实验的观测下，物体的运动与相对论是吻合很好的，所以目前普遍认为相对论是正确的理论。
研究发展编辑研究历程广义相对论1905年5月的一天，爱因斯坦与一个朋友贝索讨论这个已探索了十年的问题，贝索按照马赫主义的观点阐述了自己的看法，两人讨论了很久。
突然，爱因斯坦领悟到了什么，回到家经过反复思考，终于想明白了问题。
第二天，他又来到贝索家，说：谢谢你，我的问题解决了。
原来爱因斯坦想清楚了一件事：时间没有绝对的定义，时间与光信号的速度有一种不可分割的联系。
他找到了开锁的钥匙，经过五个星期的努力工作，爱因斯坦把狭义相对论呈现在人们面前。
[1]1905年6月30日，德国《物理学年鉴》接受了爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》，在同年9月的该刊上发表。
这篇论文是关于狭义相对论的第一篇文章，它包含了狭义相对论的基本思想和基本内容。
这篇文章是爱因斯坦多年来思考以太与电动力学问题的结果，他从同时的相对性这一点作为突破口，建立了全新的时间和空间理论，并在新的时空理论基础上给动体的电动力学以完整的形式，以太不再是必要的，以太漂流是不存在的。
[2]1907年，爱因斯坦撰写了关于狭义相对论的长篇文章《关于相对性原理和由此得出的结论》，在这篇文章中爱因斯坦第一次提到了等效原理，此后，爱因斯坦关于等效原理的思想又不断发展。
什么是相对论什么是非相对论
相对论和非相对论是两种描述物理学中运动和引力的理论。
相对论（Relativity）：
1. 狭义相对论（Special Relativity）：由爱因斯坦在1905年提出，主要描述高速运动的物体，特别是在接近光速的情况下。
其中的主要概念包括时间膨胀（运动时钟比静止时钟慢）、长度收缩（高速运动物体的长度在方向上缩短）、质能等价原理（E=mc²）等。
2. 广义相对论（General Relativity）：由爱因斯坦在1915年提出，是一种描述引力的理论。
它将引力视为由物体扭曲时空造成的，而不是通过牛顿引力的引力场。
广义相对论提供了更全面的引力理论，适用于大质量和高引力场的情况。
非相对论（Non-Relativistic）：
非相对论通常指的是低速运动和低引力场下的物理学。
牛顿力学是一种典型的非相对论理论，适用于我们日常生活中大多数的运动情况。
在非相对论条件下，速度远低于光速，时间和空间的变化不太显著，因此可以使用牛顿力学进行准确的描述。
总体而言，相对论理论适用于高速运动和高引力场的情况，而非相对论理论则适用于低速运动和低引力场的情况。
在一般情况下，非相对论理论可以被视为相对论理论在低速极限的近似。
相对论简介课件PPT
时间膨胀是由于观察同一个物理过程 的参照系之间时间测量标准不同所导 致的，与光速不变原理密切相关。
时间膨胀现象
当观察同一个物理过程的参照系之间 相对运动时，时间会变慢，即时间膨 胀现象。
长度收缩现象及解释
长度收缩定义
长度收缩是指观察同一个物体的 长度在运动的参照系中会比静止
的参照系中更短。
长度收缩现象
03 广义相对论主要内容
等效原理及其意义
01
02
03
等效原理的表述
在局部范围内，加速系中 的物理规律与均匀引力场 中的物理规律完全相同。
等效原理的意义
揭示了引力与加速系中惯 性力之间的等效性，为广 义相对论的建立奠定了基 础。
实验验证
通过自由落体实验、扭秤 实验等验证了等效原理的 正确性。
时空弯曲概念与模型
04 相对论在物理学领域应用
粒子物理学中相对论效应
粒子速度接近光速时，时间膨胀 和质量增加的现象变得显著。
相对论提供了描述高速粒子行为 的数学框架，如狄拉克方程等。
在粒子加速器和高能物理实验中， 必须考虑相对论效应对粒子轨迹
和能量的影响。
天文学中恒星演化模型
相对论对于理解恒星内部结构 和演化过程至关重要。
发展新的相对论应用领域
相对论在航空航天、全球定位系统等领域的应用已经取得了显著成效， 未来有望在更多领域发掘相对论的应用潜力。
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原子钟精确计时原理
利用原子能级跃迁时释放的精确频率作为计时标准，同时 考虑相对论效应对原子钟计时精度的影响，确保原子钟的 长期稳定性和准确性。
原子钟的应用
广泛应用于航空航天、通信、导航等领域，提高了时间计 量的准确性和精度。
什么是相对论？
什么是相对论？
相对论，是科学上一个非常重要的概念，当然，对于许多人而言，它似乎又有些神秘和难以理解。
那么，什么是相对论？相对论有哪些重要的性质和应用呢？下面，我们将逐一为您解释。
一、什么是相对论？
相对论，是由爱因斯坦在20世纪初期提出的一种理论，用来描述相对运动中的物体之间的关系和引力。
它和我们日常生活中的经典物理学有很大不同，其中最大的区别是相对论意味着时间存在一种与观察者状态有关的时空扭曲。
也就是说，在高速运动或者接近高引力的空间中，时间和空间并非简单的线性关系。
二、相对论的性质
相对论的性质有重量级和速度极限。
其中，相对论的重量级表示物体质量随其速度变化的特性：当物体接近光速时，它的质量变得越来越大。
同时，它还有一个最大速度限制，即光速，即使在极端条件下，物体也不可能超越光速。
三、相对论的应用
相对论有着广泛的应用，其中应用最广的是GPS定位。
由于卫星高速
运转，其时钟和地面时钟的差异不断增加，这会导致定位误差。
然而，通过相对论，研究人员可以计算出GPS时间与地面时钟时间之间的因
素差异，从而解决这一问题。
此外，相对论还在物理学，天文学和量子力学等科学领域中发挥着至
关重要的作用。
例如，它可以解释星系，黑洞等现象，对于研究宇宙
的本质和组成起着关键作用。
结语
通过上述分析，我们应该对相对论有了一定的了解。
相对论是现代物
理学的基础之一，尽管它可能对我们来说有些抽象和难以理解，但相
信通过不断的学习和研究，我们一定能够更好地掌握它的相关性质和
应用价值。
简介相对论
简介相对论
相对论是现代物理学的理论基础之一。
论述物质运动与空间时间关系的理论。
20世纪初由爱因斯坦创立并和其他物理学家一起发展和完善，狭义相对论于1905年创立，广义相对论于1916年完成。
19世纪末由于牛顿力学和（苏格兰数学家）麦克斯韦（1831~1879年）电磁理论趋于完善，一些物理学家认为“物理学的发展实际上已经结束”，但当人们运用伽利略变换解释光的传播等问题时，发现一系列尖锐矛盾，对经典时空观产生疑问。
爱因斯坦对这些问题，提出物理学中新的时空观，建立了可与光速相比拟的高速运动物体的规律，创立相对论。
狭义相对论提出两条基本原理。
（1）光速不变原理。
即在任何惯性系中，真空中光速c都相同，与光源及观察者的运动状况无关。
（2）狭义相对性原理是物理学的基本定律乃至自然规律，对所有惯性参考系来说都相同。
广义相对论
爱因斯坦的第二种相对性理论（1916年）。
该理论认为引力是由空间——时间几何（也就是，不仅考虑空间中的点之间，而是考虑在空间和时间中的点之间距离的几何）的畸变引起的，因而引力场影响时间和距离的测量.
广义相对论：爱因斯坦的基于光速对所有的观察者（而不管他们如何运动的）必须是相同的观念的理论。
它将引力按照四维空间—时间的曲率来解释。
狭义相对论和万有引力定律，都只是广义相对论在特殊情况之下的特例。
狭义相对论是在没有重力时的情况；而万有引力定律则是在距离近、引力小和速度慢时的情况。
600千米的距离观看十倍太阳质量黑洞模拟图
在600千米的距离上观看十倍太阳质量的黑洞（模拟图），背景为银河系。
相对论(special relativity)——爱因斯坦
爱因斯坦生平简介
• 啊尔伯特· 爱因斯坦犹太人，于1879 年诞生于德国，1895年迁居瑞士。 小时候的他并不显得才华出众，中 学没有毕业就退了学，16岁自学掌 握微积分，曾在瑞士的苏黎世的啊 劳州立中学补习过功课。世界十大 杰出物理学家之一，现代物理学的 开创者、集大成者和奠基人。作为 20世纪犹太裔理论物理学家，爱因 斯坦创立了相对论——现代物理学 的两大支柱之一（另一个是量子力 学），其质能方程E = mc2 著称于 世，并因为“对理论物理的贡献， 特别是发现了光电效应”的规律而 获得1921年诺贝尔物理学奖。1955 年4月18日，爱因斯坦因病逝世。
狭义相对论的本质
• 狭义相对论导致了对空间和时间的物理概念的清楚认识， 并且由此认识到运动着的量杆和时钟的行为。它在原则上 取消了绝对同时性概念，从而也取消了牛顿所理解的那个 即时超距概念。它指出，在处理同光速相比不是小到可忽 略的运动时，运动定律必须加以怎样的修改。它导致了麦 克斯韦电磁场方程的形式上的澄清；特别是导致了对电场 和磁场本质上的统一性的理解。它把动能守恒和能量守恒 这两条定律统一成一条定律，并且指出了质量同能量的等 效性。从形式的观点来看，狭义相对论的成就可以表征如 下：它一般的指出了普适常数c（光速）在自然规律中所 起的作用，并且表明以时间作为一方，空间坐标作为另一 方，两者进入自然规律的形式之间存在着密切的联系。
相对论（special relativity）——爱因斯坦
——12物理一班柳菊荟
相对论概述
相对论是20世纪物理学史上最重大的成就之一。 包括了狭义相对论和广义相对论两部间统一性和相对性，建立了新的时空观。广 义相对论把相对论原理推广到非惯性参考系和弯 曲空间，从而建立了新的的引力理论，在相对论 建立过程中爱因斯坦起了主要作用。
相对论是什么意思？
相对论是什么意思？相对论是最基础的物理学理论之一。
它是描述物质运动规律的基石，被视为人类智慧的结晶。
那么，相对论到底是什么意思？接下来就来详细地讲解一下。
1.相对论的基本概念相对论提供了一种描述不同速度下物体的运动轨迹和物理规律，与经典力学有着明显的区别。
根据爱因斯坦的相对性原理，每个物体都有相对运动的状态，物理规律不应依赖于观察者的运动状态而变化。
这就意味着，对于任意两个运动状态不同的观察者，他们对于物理事件的描述都是正确的。
这个理论被归为狭义相对论。
另外，实验结果也证实了质量与能量的等效性定理，即知名的质能方程E=mc²。
这个方程在物理学、核科学等领域中被频繁使用。
2.相对论在科学研究中的应用相对论的许多应用可以被看作在高速运动下的规律。
例如，通过预测氢原子的能级结构，相对论可以解释氢原子谱线的细分结构。
在无线电和雷达技术中，通过相对论计算和预测粒子的移动速度和方向。
在通信领域中，高速运动的卫星通信需要通过相对论来解决信号延迟和扰动问题。
有趣的是，由于相对论的时间膨胀特性，如果我们在地球上的卫星状态与我们距离很远的星际尘云相同，那么我们就可以看到大量时间已经过去，甚至可以看到现在已经不存在的事物。
3.相对论的影响相对论理论的发展以及其在科技领域中的应用，为人类改善生活，促进科技发展的进一步演进做出了巨大的贡献。
同时，相对论的诞生和演化，也是人类科学思维能力和综合素质的体现。
人们在实践中和理论中克服许多困难，造就了相对论的光辉历程。
总的来说，相对论的意义，不只在于在物理学领域内提出了许多重要理论和受到广泛的研究，也在于此后许多分支学科共同发展出了整个知识体系，更深刻地解释了物理现象。
相对论的理论内容向我们展示了非常重要的新概念，并且产生了深远的影响，也鼓舞了人们挑战性极大的科学、工程和技术难题。
相对论
重合时刻，
t t 0
z
z’
O’
x x’
S : P ( x, y , z , t ) S : P( x, y, z, t )
返回
伽利略变换Galilean transformation
设S系相对于S系沿x方向以速率v运动，以O和 O 重 合时为计时起点, y y Z Z
不同惯性系中的观察者所观测到的具体力学现 象可以不同，但所观测到的力学规律相同。 返回
绝对时间：
绝对时空观
绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而 且，其本性在均匀地、与任何其它外界事物无关地流 逝着。 —— 牛顿 伽利略变换中我们默认了
S 系与S 系中的钟一旦在O与O 重合时校对好，则读数始终 保持相同，不受钟运动状态的影响。
相对论
第一部分 第二部分
狭义相对论
一、伽利略变换 二、历史背景 三、基本理论 四、时空观念 五、重要结论 六、四维空间
广义相对论
一、惯性力 二、基本原理 三、时空观 四、实验验证
扬州职大电大 贾湛制作
回目录
问题
1、相对论告诉我们哪些是相对的，哪些是绝 对的？ 2、相对论的核心是洛仑兹变换，为什么狭义 相对论的主要贡献是爱因斯坦？ 3、为什么时间空间是相互联系的，时间与空 间究竟是什么？ 4、当经验与实验相冲突时，你相信什么？
直接测全周期 T t 2 t1 T0
但实际观察结果是T ´实测=T实测
显然 T T
光速与运动无关? 返回
迈克耳逊
迈克尔逊
莫雷
美国物理学家。1852 年12月 19日，1837年毕业于美国海军学 院，曾任芝加哥大学教授，美国 科学促进协会主席、美国科学院 院长；还被选为法国科学院院士 和伦敦皇家学会会员，1931年5月 9日在帕萨迪纳逝世。 主要从事光学和光谱学方面和气 象学方面的研究，获得了1907年 的诺贝尔物理学奖金。 1887年他与莫雷合作，进行 了著名的迈克耳孙-莫雷实验，这 是一个最重大的否定性实验，它 动摇了经典物理学的基础。 返回
05第五章 相对论
第5章 相对论基础5-1 相对性原理1. 伽利略相对性原理● 伽利略相对性原理：一切彼此作匀速直线运动的惯性系，对于描写机械运动的力学规律来说是完全等价的，并不存在任何一个比其它惯性系更为优越的惯性系，与之相应，一个惯性系的内部所作的任何力学的实验都不能够确定这一惯性系本身是在静止状态，还是在作匀速直线运动。
● 伽利略相对性原理解释：在一个惯性参照系K 中，质点的质量、位矢、速度、加速度和质点所受的力分别为：Fa v r m ,,,,，在另一个相对于参照系K 以速度R v 作匀速直线运动的惯性参照系K '中，该质点的质量、位矢、速度、加速度和质点所受的力分别为：F a v r m ''''' ,,,,。
伽利略相对性原理指出，无论在参照系K 中，还在在参照系K '中，描写机械运动的力学规律的牛顿定律应该具有相同的形式：在参照系K 中：a m F =在参照系K '中：a m F ''='● 伽利略相对性原理来源：在经典力学的时空观是绝对时空观，绝对时空观得到的坐标变换为伽利略坐标变换，由伽利略坐标变换得到，在参照系K 和参照系K '中的加速度相等，经典力学认为，在参照系K 和K '中，质点的质量和所受的力都相等，所以在参照系K 和K '中描写机械运动的力学规律的牛顿定律具有相同的形式，所以经典力学的概念满足伽利略相对性原理。
伽利略坐标变换：t v r r R -='，t t ='得加速度变换为：a a=' 经典力学认为：m m ='，F F ='所以由参照系K 中的牛顿定律：a m F =可以推出参照系K '中的牛顿定律：am F ''=' 两个参照系中的牛顿定律形式相同2. 洛伦兹坐标变换● 洛伦兹坐标变换的来由：根据伽利略坐标变换，电磁学方程在参照系K 和K '中具有不同的形式，电磁学方程不满足相对性原理，为了使电磁学方程满足相对性原理，洛伦兹提出了洛伦兹坐标变换。
什么是相对论？
什么是相对论？相对论是一种关于时间、空间、质量、运动的学说，是现代物理学的基石之一。
该学说最初由阿尔伯特·爱因斯坦于20世纪初提出，至今仍然在物理学领域内得到广泛应用。
一、相对论的历史相对论的起源可以追溯到19世纪。
当时，许多科学家正在企图解释当时已知的自然现象，但是由于新的实验和观测结果之间的矛盾，他们开始怀疑牛顿力学是有问题的。
爱因斯坦在1905年发表了他的第一篇论文，提出了狭义相对论。
他随后的发现是广义相对论，该理论在1915年被发表，这一理论的影响至今仍在影响物理学研究。
二、狭义相对论狭义相对论基于两个关键假设。
首先，物理规律在所有参考系内都是相同的；其次，光速在所有参考系中都是恒定不变的。
这些假设导致了一些奇特而违反直觉的结果。
例如，两个相对运动的观察者将会观测到时间的流逝速度不同，长度也有所不同。
这种时间和长度的变化被称为“洛伦兹收缩”和“时间膨胀”。
狭义相对论的理论结果有许多实际应用。
其中，最受人们欢迎的莫过于原子核能的释放，这也导致了原子弹的发明。
三、广义相对论广义相对论建立在狭义相对论之上，提出了一个新的观点：质量并未引起引力，而是由于引力场的构成所导致。
具体而言，广义相对论指出，任何物体都倾向于按照行进的路径向前运动，但是由于引力场的作用，物体会沿着曲线路径运动。
此外，广义相对论还指出时间和空间是密切相关的，可以相互变换。
广义相对论的理论结果同样有着广泛的应用。
例如，来自地球和卫星的信号要在彼此之间传送，他们得通过卫星和已经比地球高出了3万公里的太空。
这些信号必须经过修正，否则，信号在地球和卫星之间的传递时间可能会变化。
四、相对论的发展相对论的科学家们一直在寻找更深刻的理解和他们的科学提出方案。
他们正在努力寻找一种实验方法，来证明理论的正确性。
科学家们一直在推动相对论的研究，包括不断探索宇宙的新奥秘。
他们利用了一系列仪器来跟踪宇宙中的物质，包括黑洞、星系结构等等。
五、小结相对论的出现是现代科学的重要分界线。
相对论
相对论学习目的：1、初步了解经典时空观和相对时空观。
2、认识经典力学的实用范围和局限性。
重点与难点：重点：应用相对论的相关知识解答、解释物理问题。
难点：对狭义相对论、广义相对论的理解。
学习内容：狭义相对论：一、狭义相对论的两个基本假设。
狭义相对论是建立在下面两个基本假设之上的。
1、相对性原理：爱因斯坦在总结伽利略、麦克斯韦研究成果的基础上得到：物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式。
或者表示为：在任何惯性参考系中物理学规律都是相同的。
一个物体的运动，在不同的惯性参考系中观察，运动情况是不同的，例如在某参考系中是静止的，而在另一参考系中则是运动的，并且运动方向与速度大小都可以不同，但它遵守的力学规律，如牛顿运动定律、运动的合成法则等都是相同的。
2、光速不变原理：迈克尔逊等人多次实验都表明，不论光源与观察者间的相对运动情况如何，观察到的光速都相同。
爱因斯坦意识到，光速与参考系无关，他总结得到：在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样。
这是狭义相对论的一条基本假设和出发点。
狭义相对论的这两个基本假设并不是孤立的，而是互相联系的，光速不变原理可以认为是爱因斯坦相对性原理的一个特例。
二、两种时空观1、经典力学的绝对时空观：牛顿认为空间是一个没有边界的大容器，是物质运动的场所，空间各处是均匀的。
空间中是否存在着物质，物质怎样分布以及怎样运动，对空间本身都没有影响。
时间就像一条静静流动的河水，它均匀地流逝着，时间也与物质的分布及运动情况无关。
空间和时间二者是独立的，互不影响的。
牛顿的这种认识与我们日常生活经验相符合。
因此被普遍接受，这就是经典的绝对时空观，即认为空间和时间都是脱离物质而存在的，它们本身都是均匀的、绝对的，二者间是没有联系的。
2、相对论的时空观a)、同时的相对性“同时”并不是绝对的，而是与参考系有关，即“同时”是相对的。
b)、时间间隔的相对性（时间延缓效应）如下图所示，假设有一高速行驶的列车，在紧靠后挡板的地板上有一光源S，它的正上方有一块反射镜M，S发出的闪光经M反射后又回到S处，我们讨论这个过程经历的时间。
什么是相对论
什么是相对论相对论是物理学中的重要理论，由爱因斯坦在20世纪初提出，并在1915年发表了其基本原理和数学公式的《广义相对论》。
它对于我们理解宇宙、时间、空间以及物质与能量之间的关系有着深远的影响。
相对论的核心思想是指出物理规律应该是与观察者的惯性参考系无关的。
简单来说，就是无论我们处于恒定的速度还是加速运动，物理规律都应该是相同的。
这与牛顿力学中的经典观点存在差异，牛顿力学认为时间与空间是绝对存在的，而相对论则揭示了时间和空间的相对性。
相对论的一个重要概念是光的速度是宇宙中的极限，且光速在任何参考系中都是以相同的速度传播。
这就意味着，当一个观察者在一个高速运动的物体上观察光源时，他将会看到光以同样的速度从光源传播出来。
这一观点违背了牛顿力学中的加法速度原则，在相对论中，光速是唯一不变的速度。
另一个重要的概念是时空的弯曲。
相对论认识到了质量和能量会弯曲时空的几何结构。
物体的质量越大，它所产生的引力也越强，从而使周围的时空曲率增加。
这一概念被验证为正确，例如黑洞就是相对论中的一种预言，它是由极度弯曲时空形成的。
相对论在宇宙学、高能物理、引力物理等领域都有广泛的应用。
例如，在相对论中，可以解释光的红移现象，从而推断宇宙的膨胀。
此外，它也能解释高能粒子的加速机制以及引力波的传播等现象。
在现实生活中，我们虽然无法直接感受到相对论的影响，但它已经成为了现代科学的基石。
相对论的发现不仅革新了物理学的基本理论，也对哲学、宗教等领域产生了深远的影响。
它引导了人们对时间、空间、物质与能量之间关系的重新思考，推动了科学的发展。
总结起来，相对论是一门探究时间、空间和物质之间关系的物理学理论。
它的核心思想是相对性，揭示了光速的不变性以及质量和能量对时空的影响。
相对论在宇宙学、高能物理等领域有广泛应用，并对于我们对宇宙和自然界的认识产生了重要影响。
相对论公式
1广义相对论：R_uv-1/2×R×g_V=κ×T_V2狭义相对论：S（R4，ηαβ）三个。
相对速度公式：△v=| v1-v2 |/√（1-v1v2/c^2）4相对长度公式L=Lo*√（1-v^2/c^2）Lo5相对质量公式M=Mo/√（1-v^2/c^2）Mo6相对时间公式t=to*√（1-v^2/c^2）to7质能方程E=mc^2相对论是一个关于时空和引力的理论，主要由爱因斯坦创立。
根据研究对象的不同，可以分为狭义相对论和广义相对论。
相对论和量子力学给物理学带来了革命性的变化，它们共同奠定了现代物理学的基础。
相对论极大地改变了人类对宇宙和自然的“常识”概念，提出了“同时相对论”、“四维时空”、“弯曲时空”等新概念。
然而，近年来，人们对物理理论的分类有了新的认识。
经典物理和非经典物理按其理论是否确定来划分，即“非经典=量子”。
从这个意义上说，相对论仍然是一个经典理论。
扩展信息：狭义相对论与广义相对论的区别传统上，在爱因斯坦提出相对论的早期，人们用非惯性参照系作为狭义相对论和广义相对论分类的标志。
随着相对论的发展，这种分类方法越来越暴露出它的缺点：参照系与观察者有关，利用这样一个相对的物理对象对物理理论进行分类被认为不能反映问题的本质。
目前，人们普遍认为狭义相对论与广义相对论的区别在于所讨论的问题是否涉及引力（弯曲时空），即狭义相对论只处理没有引力效应或可忽略不计的问题，而广义相对论则讨论引力效应。
物理学。
在相对论的语言中，狭义相对论的背景时空是平坦的，即四维平凡流型与Min的度量相匹配，其曲率张量为零，也称为最小时空；广义相对论的背景时空是弯曲的，其曲率张量不为零。
相对论是什么？
相对论是什么？相对论是一种描述物理学中物体相对运动的基本理论。
它是由爱因斯坦于1905年提出的，并在之后的十余年中逐渐完善。
相对论是物理学中非常重要的理论之一，有着广泛的应用领域，例如粒子物理学、天体物理学、电磁学等。
下面我们将从几个角度来探讨相对论：1.相对论的起源1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论的基本原理，即光速不变原理和相对性原理。
光速不变原理指的是，在任何参考系之下，光速都是不变的，而相对性原理指的是，物理规律在所有惯性参考系中的形式都是相同的。
这两个原理的提出，推翻了牛顿力学中的绝对时间和空间的观点，从而创立了相对论。
2.相对论的核心概念相对论中的核心概念是时空四维、光速不变和引力场。
时空四维是指把空间和时间合并成一个四维时空，并用时空间隔来描述物体之间的距离和位置。
光速不变原理则指出，光速在任何惯性参考系中都是恒定的，这为相对论中的许多推论提供了基础。
引力场是爱因斯坦于1915年推出的广义相对论的核心概念，它基于时空的弯曲，描述了物体之间的引力相互作用。
3.相对论的实验验证相对论在它提出的时候，还面临着实验验证的困难。
但是，随着实验技术的不断提高，越来越多的实验证实了相对论的正确性。
例如，海因里希.赫兹的电磁波实验、米氏干涉仪实验和汤普森测定电子质量的实验都证明了光速不变原理的正确性。
同时，爱因斯坦还根据相对论理论预言，预测了光线在引力场中的弯曲和星移现象，并在1919年英国发生的日全食期间，成功地观测到了这一现象。
4.相对论的应用相对论在当代物理学中有着广泛的应用，包括粒子物理学、天体物理学、电磁学等。
其中粒子物理学中的高能加速器是相对论的一项重要应用，通过加速带电粒子到光速附近，研究它们之间的互动和反应。
天体物理学中，广义相对论的应用则为黑洞和引力波研究提供了理论基础。
而电磁学中，相对论描述了电磁波的传播和电子的运动。
结语：相对论的重要性不言而喻，它不仅是物理学中的基本理论之一，也为当代科技的发展做出了巨大贡献。
什么是相对论
什么是相对论1、什么是相对论？相对论，又称为威胁-豪斯理论，是20世纪初由德国物理学家爱因斯坦提出的一种理论，它描述了一种新的概念，即物体在不同的参照系下的运动具有不通性。
由此，物体之间存在强烈的相关性和相对性，如时间，距离，速度等物理量，由此构成了一种新的物理世界观。
相对论为物理学做出了重大贡献，它的出现深刻改变了自然科学的根本观点，改变了人们关于宇宙的认知，使科学家能够以全新的眼光去检视物质的构成和物质的形态变化。
2、相对论的科学基础爱因斯坦在其相对论中指出，物体的运动不受某个参照系的限制，而是以其他物体的运动状态为基础。
从这个角度上看，物体之间存在着一种互动关系，联系它们的表象形态以及其运动状态。
相对论是以这种相互联系为基础构建而成的，它针对的是物体的相对性和关系性、实体的结构和属性，以及实体的运动情况。
3、相对论的实际应用相对论的实际应用不仅局限于宇宙和物理学，也经常在化学，生物，电子，地球等各个学科中使用。
从理论上讲，相对论可以说明物体之间的相关性，进而可以提高人们对复杂系统的理解和控制，例如医学，运动等。
同时，相对论也可以推广到各种先进技术的发展中，引领全新的工程设计思路。
4、相对论的未来在过去的几十年里，相对论一直是研究宇宙结构的重要工具，它也可以通过引入许多新的物理量来解释很多其他领域的现象。
相对论未来可能会发展到令人难以想象的高度。
有人认为，未来宇宙结构应该使用相对论来解释，而特殊相对论也可以用来探测及分析遗失的和未知的空间结构。
5、总结总之，相对论是20世纪的一项划时代的发现，它重新定义了宇宙和物理学的根本观点，它是一门抽象的科学，有很多相关的原理，这些原理在其他学科中也有应用，相对论的未来可能会发展到更高的水平。
大白话解释相对论
大白话解释相对论
相对论是一门研究宇宙中物质及其运动的物理学，它表述了物质的运动是由物体相对的，而不是绝对的。
它也提出了重力的一种新的概念，即重力的影响只在物体相对于其他物体时才感受到。
相对论说明，物体的运动是相对的，而不是绝对的，这意味着，在任何特定的位置，物体相对其他物体的运动具有唯一性。
例如，一个物体如果在一个特定位置以100米每秒的速度运动，那么该物体在另一个特定位置仍然是以100米每秒的速度运动，而不会改变。
这意味着，物体的运动量只是相对的，而不是绝对的。
另外，相对论提出了重力的一种新的概念，即重力只在物体相对于其他物体时才感受到。
这就是为什么当我们站在地球上时，我们会感到大地的重力，但是当我们离开地球时，就不会感到大地的重力了。
此外，相对论还有一个很重要的概念，即物体只能以其相对于其他物体的速度运动。
这意味着，任何物体如果有一个特定的速度，这个速度只能是相对性的，而不会有绝对性的速度。
这也就解释了为什么当两个物体以不同的速度相互运动时，他们的实际速度也会受到影响。
因此，总结起来，相对论可以看作是物质运动和重力受力方面的重大进展，它说明了任何物体的运动都是相对的，以及重力只有在物体与其他物体相对时才会被感受到。
另外，它还强调了物体只能以其相对于其他物体的速度运动，这也是我们能够解释为什么多个物体之间实际速度会受到影响的原因。
什么是相对论？
什么是相对论？相对论是物理学中的一项重要理论，由爱因斯坦提出并发展起来。
它描述了时间、空间、物质和能量之间的关系，并解释了运动物体的性质和相互作用。
下面将从相对论的定义、相对论的发展历程、相对论的要点以及相对论的应用等方面进行介绍。
一、相对论的定义相对论是描述时间和空间的物理学理论，主要包括狭义相对论和广义相对论两个方面。
狭义相对论是由爱因斯坦于1905年提出的，它探讨了光速恒定、时间扭曲和长度收缩等现象，对于高速运动下的物体具有较好的解释能力。
广义相对论是在狭义相对论的基础上发展而成的，它结合了引力与时间空间的弯曲，给出了引力场的表达形式，并成功解释了黑洞、宇宙膨胀等重要现象。
二、相对论的发展历程相对论的发展历程可以追溯到19世纪末的经典物理学时期。
当时，麦克斯韦的电磁场理论与牛顿的力学理论存在矛盾，特别是对光速的恒定性的解释。
这一问题引起了爱因斯坦的关注，并促使他提出了狭义相对论。
随后，爱因斯坦在广义相对论中引入了引力的概念，进一步完善了相对论的理论体系。
三、相对论的要点相对论的要点包括了相对性原理、光速不变原理、时空弯曲和质能等价原理等。
相对性原理指出，所有观察者都可以得到相同的物理定律，无论他们处于怎样的运动状态。
光速不变原理指出，在任何参考系中，光速都是一个恒定值，与光源和观察者的运动状态无关。
时空弯曲则是广义相对论的核心内容，它表明物体的运动轨迹会随着周围的引力场的强弱而发生弯曲。
质能等价原理则是指质量与能量之间存在一种等价关系，质量本质上是能量的一种形式。
四、相对论的应用相对论在理论物理学中有着广泛的应用。
在高能物理实验中，相对论的效应决定了粒子的能量和动量的计算方式，为粒子物理学研究提供了重要的理论基础。
在天体物理学中，广义相对论被用来解释黑洞和引力波等现象，丰富了人类对宇宙结构的认知。
在工程技术中，相对论的原理被应用于卫星导航、精密测量和导航系统等领域，提高了测量和定位的准确性。
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时间的测量：“钟”
任何周期性过程均可用来计量时间。例如： 行星的自转或公转；单摆；晶体振动；分子、原子 能级跃迁辐射…… 国际单位：“秒” 与铯133原子基态两个超精细能级之间跃迁相对应 的辐射周期的9192631700倍（精确度 1012 ~ 1013 ） 校钟操作：
O
A
l l
B
在由中点o发出的光信号 抵达的瞬间，对准A,B处 钟的读数
（1931年迈克尔孙、爱因斯坦、 密立根在一起。）
三、爱因斯坦的追光佯谬，狭义相对论的两个基 本原理
1．爱因斯坦的追光佯谬的提出
提出的背景
（1）迈克尔孙-莫雷实验以及洛伦兹的工作的启发。尽 管在爱因斯坦的文章中并没有提到迈克尔孙-莫雷实验， 也许在他看来，一个或几个特殊实验都不足以确立一 个普遍原理。
—— 牛顿
空间先于运动存在，是盛放物质的容器和物质运动的 舞台。 绝对时空观 • 时间、空间彼此独立，而且与物质、运动无关。 先验框架 • 时间间隔、空间距离的测量与参考系的选择无关。
牛顿的伟大之处在于他引入了抽象的绝对时空：绝对 空间是均匀的、无限的和各向同性的；时间是均匀的、 无限的，而且时间和空间是相互独立的。牛顿时空观 深入人心，尽管后来遭到质疑和批评，但这丝毫不影 响牛顿的伟大功绩。
（2）马赫哲学的影响。在马赫的哲学中包含着怀疑的 经验主义的思想，即不能被经验所证实的概念都是可 以怀疑的。马赫对牛顿的绝对时空观提出尖锐的批评， 为爱因斯坦放弃时间的绝对性打下了思想基础。爱因 斯坦曾说过：
“马赫的真正伟大就在于他的不妥协的怀疑态度和 独立性。”
对于当时已被人们普遍接受的绝对时间-空间概念，爱 因斯坦在青少年时代就提出了异疑。他的好奇心和大 胆的思辨使他在16岁时（1895年），就提出了一个理 想实验： “假使一个人能以光的速度和光波一起跑，会看 到什么现象呢？”
c
d
d t1 c
v cv
t1 t 2
d t2 cv
结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的 球.
真空中的光速：
c 1
0 0 3 108 m s-1
由伽利略变换:
与参考系选择无关, 各向同性 速度与参考系选择有关。各向异性
绝对惯性系: 牛顿坚信存在一个绝对静止的惯性系, 其他惯性系相对它做匀速直线运动. 相对此惯性系静 止的物体是绝对静止,相对于其他惯性系静止是为相 对静止,绝对运动. 由伽利略相对性原理, 运动是相对的, 一切惯性系都是 等价的. 不可能用力学实验确定绝对惯性系 伽利略变换, 存在一个惯性系, 其光速为c, 且各向同性, 而其它惯性系光速为c+v/c-v, 各向异性:绝对惯性系！！
电场力 洛仑兹力
q
洛仑兹力： F qvBsin 垂直于 B , v 决定的平面
因速度 v 与参考系有关，所以经伽利略变换后洛
仑兹力将发生变化，经典电磁定律不具有伽利略变 换的不变性。
试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光 波达到观察者所需要的时间. (根据伽利略变换)
球 投 出 前 球 投 出 后
F ma m a F
a x a x a y a y a z a z
a a
先验条件
m m
电磁场理论带来的问题 1. 伽利略变换不是经典电磁定律的对称操作
带电粒子受力：
F qE qv B
绝对的、真正的和数学的 时间自身在流逝着，而且，由 于其本性在均匀的，与任何其 它外界事物无关地流逝着。 —— 牛顿
即：时间先于运动存在。没有时间，无法描述运动； 而没有运动，时间照样存在和流逝。
空间：用以表征物质及其运动的广延性 空间测量：刚性尺 国际单位：米
光在真空中 299792458 秒的时间间隔内传播的距离。
1
长度的测量：
长度 = 在与长度方向平行的坐标轴上， 物体两端坐标值之差 注意：当物体静止时，两端坐标不一定同时记录； 当物体运动时，两端坐标必须同时记录。
x A ( t1 )
xB ( t 0 )
x A (t 0 )
x B (t 0 )
绝对空间就其本质而言，是与任何外界事 物无关的，而且是永远相同和不动的。
描述物理运动需要确定参考系 , 并在参考 系中建立坐标系, 物体的运动就是物体的空间坐 标随时间的变化. 事件的时空坐标为:(x,y,z,t) 相对于不同的参考系 , 对事件的描述是不 同的 相对于不同的参考系 , 经典力学定律的形 式是完全一样的吗 ？
力学相对性原理(伽利略相对性原理)
力学定律在一切惯性系中数学形式不变。
3. 实验装置和基本原理 由于地球相对以太运动，则到达探测器的两束光的时 间差为
L L 2cL 2L v2 1 2 t2 2 2 cv cv c v c c
1 2 2 1 c t1 L2 v 2t12 4 4
2L v2 1 2 t1 c 2c v2 c 1 2 c 2L
这个时间差，将引起两束光的光程差（即相位 差）。实验中让整个仪器在水平面上平稳地转动，使 以太的方向连续地改变，相当于 t 的值连续改变，将 可观察到干涉条纹的移动。
4．实验结果 结果是看不到条纹的任何变化，也就是测不到 “以太风”的存在。
5．洛伦兹的工作 在迈克尔孙-莫雷实验后，洛伦兹为了支持“以太” 存在的说法，引入了“长度收缩”的假设，认为物体 在运动时，在运动方向上会发生长度收缩，从而使到 达探测器的两束光的 →0，以至看不到条纹运动。 t 另外，他还在1895年又提出了一个关于时间的变换式 的假设：
途径1、2、无一例外遭到失败，
爱因斯坦选择 3、取得成功。
爱因斯坦的选择来自坚定的信念：
自然的设计是对称的，不仅力学规律在所有的惯性 系中有相同的数学形式，所有的物理规律都应与惯性 系的选择无关。 实验结果说明，在所有惯性系中，真空中的光速恒 为c ，伽利略变换以及导致伽利略变换的牛顿绝对时 空观有问题，必须寻找新的变换，建立新的时空观。 “爱因斯坦把方法倒了过来，他不是 从已知的方程组出发去证明协变性是 存在的，而是把协变性应当存在这一 点作为假设提出来，并且用它演绎出 方程组应有的形式。” — 洛仑兹（荷兰.1853－1928）
相对性原理的普遍性（对称性）
伽利略变换（经典力学） 电磁学定律 解决困难的途径： 1. 否定相对性原理的普遍性，承认惯性系对电磁学定 律不等价，寻找电磁学定律在其中成立的特殊惯性系。 2. 改造电磁学理论，重建具有对伽利略变换不变性的 电磁学定律。 3. 重新定位伽利略变换，改造经典力学，寻求对电磁 理论和改造后的力学定律均为对称操作的“新变换”。 三者无法协调
物理书都充满了复杂的数学公式。可是思想及理念， 而非公式，才是每一物理理论的开端。 －－爱因斯坦（1879 — 1955）《物理学的进化》
§8.1 光速不变性和同时性的相对性
一、力学相对性原理和伽利略变换
1．牛顿的时空观
力学讨论的是物体位置随时间的改变，所以牛顿认为 首先要对时空性质有所约定。在牛顿之前，时间和空 间都是与具体事物的运动联系在一起的，时间是用日 月星辰的运动和水漏、沙漏来定义的，空间是用能热 胀冷缩的杆来测量的。伽利略引入了相对运动的概念， 但没引入绝对时空概念。 时间：用以表征物质存在的持续性，物质运动、变化 的阶段性和顺序性。
高等教育出版社
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第八章 时空观的革命——相对论
“牛顿啊，请原谅我，你所发现的道路，在你所在的 那个时代，是一位具有最高思维能力和创造力的人所能 发现的唯一道路。你所创造的概念，甚至今天仍然指导 着我们的物理思想，虽然我们现在知道，如果要更加深 入地了解各种联系，那就必须用另外一些离直接经验领 域较远的概念来代替这些概念。” ——爱因斯坦在纪念牛顿诞生300周年 纪念会上的讲话
沙 漏
日 冕
声音靠空气传播，那么光靠什么传播？19世纪的科学 家曾假定真空中有一种“刚性”极大的介质，叫“以 太”，光靠它传播。当时不少人也猜想：或许“以太” 就是牛顿的绝对空间。一切相对于绝对空间做匀速运 动的参考系，都是惯性系。
2．力学相对性原理和伽利略变换 力学相对性原理：在两个相互作匀速运动的惯性 系内，力学规律是不变的。
本章介绍的狭义相对论使几千年来人们的绝对时空观发 生了深刻的变革，由此导出的质能关系式 E mc 2，为 原子能的应用开辟了道路。 1913－1915年，爱因斯坦进一步创立的广义相对论，把 牛顿万有引力理论提高到新的场论水平，为宇宙学研究 开辟了道路。 本章的学习重点不在于那些数学公式，而是请同学们尽 量领会爱因斯坦的科学思想和主要成就，这正是本章的 主要目的。
正变换
v x v 'x u ' v y v y ' v z v z
逆变换
伽利略变换中已经隐含了时空观念
二、测量“以太风”的迈克尔孙-莫雷实验
1．实验背景：早期人们类比声波，认为光也是通过某 种介质——以太传播的。 以太应具有以下性质：
宇宙中存在一种看不见的弹性介质，充满整个宇宙， 并且认为以太应该是绝对静止的参考系。
v t t 2 x c
式中 t 为地球系统的时间，t为“以太”系统的时 间。在上述两假设下，洛伦兹证明了在 v / c 的一级近 似下，地球系统与“以太”系统的电磁规律是相同的。 但是他却认为，在他的理论中t是真实时间，而t 的引 入完全是一种辅助手段。可见，t和 t 意义不同，处于 不同等地位。“以太”坐标是一个处于特殊地位的优 越坐标系，也就是说，电磁现象并不真的符合相对性 原理。 洛伦兹的工作，最后被爱因斯坦的狭义相对论所 取代，但是他的贡献不可忽视，正如爱因斯坦所说： “相对论实在可以说是对麦克斯韦和洛伦兹的伟 大构思画了最后一笔，因为它力图把物理学扩充到包 括引力在内的一切现象。”