53奇特的相对论效应+54走近广义相对论+55无穷的宇宙
广义相对论简介
广义相对论简介广义相对论是阿尔伯特·爱因斯坦提出的一种关于引力的理论，被认为是现代物理学中最重要的理论之一。
它描述了物质与引力的相互作用，并尝试描绘宇宙的本质和演化。
狭义相对论和引力狭义相对论是爱因斯坦在1905年提出的一种关于时间和空间的理论。
它建立在两个前提之上：相对性原则和光速不变性原则。
相对性原则是指物理定律在所有惯性系中都是相同的；而光速不变性原则则是指在所有惯性系中，光速都是不变的。
这两个原则引出了许多奇异的结果，例如时间的相对性、长度的相对性以及著名的爱因斯坦提出的E=mc^2公式等。
然而，狭义相对论并没有涉及到引力这个问题。
引力是一种物质之间的相互作用，但在狭义相对论中，它被看作是一种偏加速度的现象，而非一种真正的原始力。
如果一个物体被放在引力场中，它会被加速，但这个加速度并非由真正的力所导致，而是由物体自身运动情况在曲线时空中引起的。
因此，爱因斯坦开始尝试发展一种理论，能够准确描述引力现象。
广义相对论和时空曲率广义相对论的基本思想是：曲线时空是由物质和能量所引起的曲率。
换句话说，物体的运动轨迹弯曲是由于空间本身被大块的物体扭曲了。
广义相对论中的重力场就像是一个由物体所形成的扭曲空间，而物体则像是在这个空间中前进。
例如，如果我们把一个足球放在床上，它会将周围的床单拉扯出变形，形成一个低谷，这就是类比于广义相对论中物质扭曲空间的过程所发生的情况。
一个小球在这个扭曲的空间中前进时，就像是从这个低谷中滚下去。
广义相对论中空间的曲率描述为时空度规张量，代表了空间的弯曲和拉伸情况。
它可以被用来计算物体的运动轨迹和相对运动情况。
广义相对论的实证广义相对论提出后，它所包含的一些预言已经得到了实证，使得它成为了一种重要的物理理论。
以下是一些实例：1.光线受引力场弯曲1920年，天文学家阿瑟·埃登顿利用日全食发现，太阳的引力影响了从它发出的光的传播方向，这证实了广义相对论中场强引力下光线的弯曲假说。
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。
大白话解释广义相对论
大白话解释广义相对论
广义相对论是物理学上的一个理论，用来描述宇宙的结构和运动。
这个理论是由爱因斯坦提出的，他认为物体并不是在一个固定的时空背景中运动，而是与时空背景相互作用。
所以，广义相对论告诉我们物体的运动不仅取决于物体自身的性质，还取决于周围的时空结构。
广义相对论的核心思想是引力是物体在时空弯曲下的运动效果，而不是简单的物体之间的引力相互作用。
这个理论中的时空被看作是一个弯曲的四维结构，物体在其中运动时会受到引力的影响。
广义相对论还预测了一些重要的现象，比如黑洞和引力波。
黑洞是物体密度极高、引力极强的区域，它会吸引周围的物体并阻止它们逃离。
引力波是宇宙中的一种扰动，类似于声音波，它是由两个巨大物体相互运动而产生的。
这些现象的发现与研究使得广义相对论成为物理学中的重要理论。
总之，广义相对论是一种描述物体运动和引力的理论，它告诉我们物体在时空背景下的运动取决于物体自身的性质和周围的时空结构。
它的研究不仅增加了我们对宇宙的了解，还为我们开拓了新的物理学领域。
广义相对论的引力透镜效应
广义相对论的引力透镜效应广义相对论的引力透镜效应是一个引人入胜且晦涩难解的物理现象，其核心的理论基础是阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论。
这个神秘的效应，不仅在科学研究中具有深刻的意义，也在日常生活中有着广泛的应用。
广义相对论简述为了让大家更好的理解引力透镜效应，我们首先要对广义相对论有个大致的认识。
广义相对论是由爱因斯坦于1915年提出的理论，它的主要思想是将引力视为曲率时空的产物。
更通俗的说，任何物质都会对周围的空间和时间产生一种影响，就像重物压在橡胶布上会形成一个凹陷一样，这就是所谓的“弯曲的时空”。
引力透镜效应的基本概念所谓的“引力透镜效应”，其实就是指以天体（如恒星、行星）为镜的某种“透镜效应”。
天体的重力场对光线的折射作用就如同透镜对光线的透射作用一样，可以将背后的星体映射到天体的另一方向上，形成重影或环状图像。
这就是“引力透镜效应”的基本概念。
引力透镜效应的发现与验证引力透镜效应是由爱因斯坦在1911年的一篇文章中首次提出的。
他预言，因为太阳的强大引力会弯曲光线，所以当其他星体恰好被太阳遮挡时，我们仍然能看到它们。
真正验证这个预测的是英国天文学家阿瑟·爱丁顿的一次日食观测，他测量了在1919年的全日食期间负能够看到的恒星位置，并发现它们确实显得比实际位置偏离了一些。
也就是说，爱丁顿用观测到的数据十分精确地确认了爱因斯坦的预测，由此引力透镜效应得到了有效的实证。
引力透镜效应的应用尽管引力透镜效应看起来并不直观，但实际上，它在许多领域，如天文学、宇宙学、粒子物理学等，都具有重要的应用价值。
例如，天文学家可以通过引力透镜效应来测量遥远星系的质量、判断星系团的分布情况、测量宇宙的膨胀速度、研究黑洞等太空天体的性质。
未来展望引力透镜效应的研究，还有着巨大的潜力和前景。
由于该效应具有较大的实用性，未来人类可以利用引力透镜的技术，开拓星际通信，甚至可以借此观测到今天我们仍无法直接观察的宇宙景象。
广义相对论和宇宙学
1、 宇宙概观 银河系：扁平的圆盘，直径月80000光年，中间厚度 约6000光年；总质量约1千亿个太阳的质量；整个银河系 盘子在旋转，速度达到250千米/秒。
河外星系：70多年前，美国天文学家哈勃在银河系 之外找到了一些新的星系，称为河外星系，他们（约1011） 距地球都在200万光年以上，形状希奇古怪，恒星的数量 也不等。 其它物质：黑洞，星际气体，电磁辐射，宇宙线及 大量中微子等。 观测宇宙：观测宇宙是有限的。根据今天的宇宙学 模型，宇宙有一个开端，是一个处在不停地膨胀和演化 的过程中，因此他的大小最多是 的数量级。
2. 哈勃定律
对于测定了距离的星系，哈勃(E.P. Hubble)观测和研 究了它们的光谱，于1929年发现光谱线向红端移动，即遥 远星系光谱线的波长增长了，且红移量Z与距离D成正比， 即
(2. 9) (2. 10)
其中e是地球上的实验室内测定的某条谱线的波长，是星 系内这条谱线波长的观测值，即红移量Z描述的是同一原 子放在星系内与放在实验室内测得的谱线波长的相对差值， c是真空中光速，H0称为哈勃常量，h0为无量纲的约化哈勃 常量，其观测值为 (2.11)
3. 微波背景辐射 1964年，彭齐亚斯(A.A. Penzias, 1933 )和威耳逊(R.W. Wilson, 1936 )安装了一台用以接受“回声”卫星微波信 号的喇叭形巨型天线。为了检验这台天线的低噪声性能， 他们避开噪声源而将天线指向天空进行测量。他们在波长 为7.35 cm处所作的测量表明，无论天线指向什么天区，总 会接收到一定的微波噪声。这种噪声相当显著，并且几乎 与方向无关。在扣除了大气的吸收以及天线自身的影响之 后，剩余噪声还是太大了。他们日复一日，月复一月地进 行测量，结果都一样。1965年初，他们对天线进行了彻底 的检查，经过种种努力仍无法把噪声降下来，从而确定了 这种噪声应当是来自空间的一种背景辐射。这种辐射相当 于绝对温度在(2.5 ~ 4.5) K之间的黑体辐射，通常称之为3 K宇宙微波背景辐射。这一发现是人们开始认真研究宇宙 大爆炸模型的一个信号。如果说哈勃的发现开启了探讨宇 宙整体时空结构的大门，那么彭齐亚斯和威尔逊的发现则 开启了探讨宇宙整体物性演化的大门。他们因此获得了 1978年的诺贝尔物理学奖．
爱因斯坦相对论的7个预言，你知道几个？
爱因斯坦相对论的7个预言，你知道几个？RevivePUZZLE/Revive倉木麻衣00:00/04:42广义相对论是阿尔伯特·爱因斯坦于1915年发表的用几何语言描述的引力理论，它代表了现代物理学中引力广义相对论理论研究的最高水平。
广义相对论将经典的牛顿万有引力定律包含在狭义相对论的框架中，并在此基础上应用等效原理而建立的。
在广义相对论中，引力被描述为时空的一种几何属性（曲率）；而这种时空曲率与处于时空中的物质与辐射的能量-动量张量直接相关系，其关系方式即是爱因斯坦的引力场方程（一个二阶非线性偏微分方程组）。
广义相对论提出后毫无悬念地遇到了推广的困难，因为对于我们这种生活在低速运动和弱引力场的地球人来说，它太难懂了，太离奇了。
但是逐渐地，人们在宇宙这个广袤的实验室中寻找到了答案，发现了相对论实在是太神奇、太精彩、太伟大了。
1光线偏折几乎所有人在中学里都学过光是直线传播，但爱因斯坦告诉你这是不对的。
光只不过是沿着时空传播，然而只要有质量，就会有时空弯曲，光线就不是直的而是弯的。
质量越大，弯曲越大，光线的偏转角度越大。
太阳附近存在时空弯曲，背景恒星的光传递到地球的途中如果途径太阳附近就会发生偏转。
爱因斯坦预测光线偏转角度是1.75″，而牛顿万有引力计算的偏转角度为0.87″。
要拍摄到太阳附近的恒星，必须等待日全食的时候才可以。
机会终于来了，1919年5月29日有一次条件极好的日全食，英国爱丁顿领导的考察队分赴非洲几内亚湾的普林西比和南美洲巴西的索布拉进行观测，结果两个地方三套设备观测到的结果分别是1.61″±0.30″、1.98″±0.12″和1.55″±0.34″，与广义相对论的预测完全吻合，爱因斯坦因此名声大噪。
这是对广义相对论的最早证实。
70多年以后“哈勃”望远镜升空，拍摄到许多被称为“引力透镜”的现象，现如今也几乎是路人皆知了。
2水星近日点进动一直以来，人们观察到水星的轨道总是在发生漂移，其近日点在沿着轨道发生5600.73″/百年是“进动”现象。
广义相对论和黑洞物理
广义相对论和黑洞物理广义相对论是爱因斯坦于1915年提出的一种描述引力的理论。
它是现代物理学的基石之一，对于理解宇宙的结构和进化起着重要的作用。
而在广义相对论的框架下，黑洞是其中最神秘和令人着迷的天体之一。
首先，我们来了解一下广义相对论的主要内容。
广义相对论基于爱因斯坦的等效原理，即物理定律在引力场中的一切实验都与自由下降运动的实验相同。
这意味着在广义相对论中，我们将引力解释为由于物质和能量的存在而导致时空弯曲。
在广义相对论的框架下，时空不再是牛顿力学中的绝对坐标系，而是被称为时空曲率的几何性质所描述。
物体的运动是沿着这个曲率的路径而不是沿直线运动。
引力是由于物体在时空弯曲中运动所导致的，质量越大的物体，引力的效应越明显。
黑洞是广义相对论的一个重要预言。
根据爱因斯坦的方程组，当物体的质量足够大时，其引力将变得无限强大，使得时空弯曲到一个极点，形成一个“奇点”，这就是黑洞。
黑洞具有一条“事件视界”，任何穿过这个视界的物体都无法逃脱黑洞的引力，甚至连光也无法逃脱。
黑洞的物理性质也是人们研究的焦点。
首先，黑洞的质量是其最重要的属性之一。
根据广义相对论，黑洞的质量仅仅由其事件视界所包含的质量决定。
这就意味着黑洞可以吞噬掉任何穿过事件视界的物质，增加自身的质量。
除了质量，黑洞还具有自旋。
自旋可以想象为黑洞绕着自己的轴旋转。
自旋可以影响黑洞的几何形状和引力场的分布，进而影响黑洞周围物质的运动。
自旋还与黑洞的事件视界形状密切相关，它可以使视界变为椭圆形而非球形。
另一个重要的黑洞属性是温度和辐射。
根据霍金辐射理论，黑洞不是完全黑暗的，它们会通过辐射过程释放能量。
这种辐射被称为“黑洞辐射”，它的温度和辐射功率与黑洞的质量和自旋有关。
黑洞辐射是黑洞物理中的一个重要研究方向，它与热力学和量子力学的关系有着紧密的联系。
最后，我们讨论一下黑洞的形成和演化。
黑洞可以通过恒星坍缩而形成。
当一个巨大的恒星燃尽了其核心的燃料，它会发生剧烈的引力坍缩，形成一个密度极高的物体，这就是黑洞。
《走近广义相对论》 学历案
《走近广义相对论》学历案在探索宇宙奥秘的征程中，爱因斯坦的广义相对论无疑是一座璀璨的丰碑。
它不仅改变了我们对引力的理解，更深刻地影响了现代物理学的发展。
让我们一同走近广义相对论，揭开它神秘的面纱。
要理解广义相对论，首先得从牛顿的万有引力定律说起。
在牛顿的理论中，两个物体之间的引力大小与它们的质量成正比，与它们之间距离的平方成反比。
这个理论在很长一段时间内成功地解释了许多天体的运动现象。
然而，随着观测技术的不断提高，一些现象却无法用牛顿的理论来完美解释。
比如，水星近日点的进动问题。
水星是距离太阳最近的行星，其轨道并非是一个完美的椭圆。
按照牛顿的理论计算，水星的近日点位置应该是固定不变的，但实际观测却发现，水星的近日点在每世纪会有一定的进动。
这个微小的偏差，牛顿的理论无法给出令人满意的答案。
正是在这样的背景下，爱因斯坦提出了广义相对论。
广义相对论的核心观点是：物质和能量会弯曲时空，而引力则是时空弯曲的表现。
想象一下，一张平坦的弹性网，我们把一个重物放在网上，网就会凹陷下去。
这时，如果我们在网上放一个小球，小球就会沿着凹陷的网滚向重物。
这就类似于物体在弯曲的时空中受到引力的作用。
广义相对论有着一系列令人惊叹的预言。
其中之一就是光线的弯曲。
当光线经过一个大质量天体附近时，由于时空的弯曲，光线会发生偏折。
这个预言在 1919 年的日食观测中得到了证实，从而让广义相对论一举成名。
另一个重要的预言是引力红移。
由于引力场的作用，光子的能量会降低，导致其频率减小，波长变长，从而发生红移现象。
这一现象在后来的实验中也得到了验证。
广义相对论还对宇宙的演化有着重要的意义。
它预言了宇宙的膨胀，为现代宇宙学的发展奠定了基础。
然而，广义相对论的数学表述非常复杂，涉及到张量分析和黎曼几何等高深的数学知识。
这使得它对于大多数人来说，理解起来颇具难度。
但我们可以通过一些简单的类比和例子来帮助理解。
比如，想象一个二维的平面生物生活在一个弯曲的表面上，它们对于空间的感知和我们在弯曲时空中的感受有相似之处。
2014年高中物理 5.3 奇特的相对论效应 走近广义相对论 5.5 无穷的宇宙精品课件 沪科版选修3-4
(2)相对时空观认为：空间两点间的距离与观测者 的运动状态有关，空间不是绝对的，它与物体的 运动状态有关． 五、对广义相对论的进一步了解 1．狭义相对论无法解决的问题 (1)万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架． (2)惯性参考系在狭义相对论中具有特殊的地位． 2．广义相对论的基本原理
(1)广义相对性原理：爱因斯坦把狭义相对性原理 从匀速和静止参考系推广到做加速运动的参考系， 认为所有的参考系都是平权的，不论它们是惯性 系还是非惯性系，对于描述物理现象来说都是平 等的． (2)等效原理：在物理学上，一个均匀的引力场等 效于一个做匀加速运动的参考系． 3．广义相对论的时空结构
爱因斯坦于1905年给出关系式 __________ E＝mc2 ，通常叫 爱因斯坦的____________ ，在一个物理过程中，物 质能关系 体的质量发生了变化，其能量也相应发生变化，即 满足关系式 __________. Δ E＝Δmc2 二、走近广义相对论 1．广义相对论的两个基本原理 过程 (1)在任何参考系中 (包括惯性参考系 )，物理______ 规律 和 ________ 都 是 相 同 的 ， 这 一 原 理 叫 做 广义相对性原理 ． _________________ 参考系 等 (2)一个均匀引力场与一个做加速运动的________ 等效原理 价．这一原理叫做_____________ ．
了，这就是洛伦兹收缩(长度缩短)．
1．观察运动的物体其长度要收缩，收缩只出现在 运动方向．固有长度值最大．如图5－3－1所示．
图 5－ 3－ 1
2．低速空间相对论效应可忽略． 3． 长度收缩是相对的， K 系认为静止在 K′系中的 尺收缩， 反之， K′系认为静止在 K 系中的尺收缩． 二、相对论质量 物体以速度 v 运动时的质量 m 与静止时的质量 m0 m0 之间有如下关系 m＝ . v2 1－ c
广义相对论介绍
广义相对论介绍广义相对论（General Theory of Relativity）是物理学家阿尔伯特·爱因斯坦于1915年提出的一项革命性的科学理论，它彻底改变了我们对引力的理解，重新定义了时空的本质，并提供了宇宙演化的新框架。
以下是广义相对论的详细介绍：1. 引言广义相对论是物理学中的一项杰出成就，它是关于引力的现代理论。
在广义相对论之前，牛顿的引力理论被广泛接受，它将引力视为物体之间的相互吸引力，通过引力作用力来描述。
然而，爱因斯坦的广义相对论提出了一种全新的理解引力的方式，即质量和能量并不像牛顿理论中那样通过作用力来相互作用，而是通过弯曲时空来影响物体的运动轨迹。
2. 时空的曲率广义相对论的核心思想是时空的曲率。
爱因斯坦认为，质量和能量引起了时空的弯曲，就像放在弯曲表面上的物体会沿着曲线移动一样。
这种弯曲效应导致物体的自由下落，看起来就像是受到了引力。
这个理念在当今的物理学中被称为“引力是时空的弯曲”。
3. 等效原理广义相对论中的一个关键概念是等效原理。
它表明，所有的物体都以相同的方式响应引力场，不论它们的质量或性质如何。
这意味着一个物体的自由下落只是它沿着弯曲时空中的测地线运动，而不受其自身性质的影响。
4. 爱因斯坦场方程广义相对论的核心数学工具是爱因斯坦场方程，它描述了时空如何与物质和能量分布相互作用。
这个方程包含了时空度量张量和能动张量，通过它可以计算出时空的度量和物体的运动。
爱因斯坦场方程的解决方法被称为“度规”，它决定了时空的几何结构。
5. 实验验证广义相对论的一大特点是它的预言在许多实验和观测中得到了验证。
一些著名的验证实验包括：黯淡的恒星位置偏移：1919年的日食观测表明，太阳光经过太阳边缘时会受到引力的影响，导致背景恒星的位置发生微小偏移，这与广义相对论的预言相符。
引力透镜效应：引力场会弯曲光线，使远处的物体看起来像是被放大了。
这个效应已在许多天文观测中得到了验证。
广义相对论和狭义相对论的基本假设
广义相对论和狭义相对论的基本假设广义相对论和狭义相对论是爱因斯坦在20世纪初提出的两个重要理论。
它们是现代物理学的重要基石，对于我们理解宇宙的结构和运动规律有着重要意义。
本文将简要介绍广义相对论和狭义相对论的基本假设和主要内容。
广义相对论是爱因斯坦于1915年提出的一种描述引力的理论。
广义相对论的基本假设是：引力是由物质和能量的分布所决定的。
换句话说，物质和能量会弯曲时空，而弯曲的时空则会影响物质和能量的运动。
广义相对论将引力解释为时空的几何效应，物体在弯曲的时空中运动，就像在山谷中沿着弯曲的路径前进一样。
广义相对论的核心概念是时空的弯曲。
时空是一个四维的物理空间，包括三个空间维度和一个时间维度。
广义相对论认为，质量和能量会使时空产生弯曲，而弯曲的时空会影响物体的运动轨迹。
物体在弯曲的时空中运动时，会沿着一条曲线运动，这条曲线被称为测地线。
而质量和能量的分布则决定了时空的弯曲程度，从而决定了物体的运动轨迹。
狭义相对论是爱因斯坦于1905年提出的一种描述运动的理论。
狭义相对论的基本假设是：物理规律在所有惯性参考系中都是相同的。
这意味着，无论观察者是静止的还是运动的，物理规律都应该保持不变。
狭义相对论推翻了牛顿力学中的绝对时空观念，引入了相对性原理，即物理规律的形式在不同的惯性参考系中是相同的。
狭义相对论的核心概念是光的速度是一个常数。
根据狭义相对论的假设，光在真空中的速度是一个恒定不变的值，即光速。
这意味着，无论观察者是静止的还是运动的，无论光源是静止的还是运动的，光的速度都是不变的。
这个假设对于我们理解时间和空间的结构有着重要的影响，引入了著名的时间膨胀和长度收缩效应。
广义相对论和狭义相对论是两个相互关联的理论。
狭义相对论是广义相对论的特例，在弱引力场和低速运动的情况下，广义相对论可以退化为狭义相对论。
广义相对论则是狭义相对论的推广和拓展，它包含了引力和强引力场的描述。
广义相对论的核心方程是爱因斯坦场方程，它描述了时空的弯曲和物质能量的分布之间的关系。
广义相对论全文
广义相对论全文介绍广义相对论是由爱因斯坦于1915年提出的一种描述引力的理论。
它是与牛顿引力理论相对立的一种物理学理论，通过重新定义了引力的本质，提供了一种更加准确的描述自然界中引力现象的方式。
广义相对论在宇宙学、黑洞研究以及引力波探测等领域起着重要的作用。
本文将对广义相对论的基本原理、数学形式和相关实验验证进行全面的探讨。
基本原理广义相对论的基本原理可以总结为以下几点：1.等效原理：等效原理指出，在引力场中的质点自由下落的过程中，其运动状态与在没有引力场中匀速直线运动的状态是等效的。
也就是说，引力场中的物体运动状态是由空间的弯曲决定的。
2.弯曲时空：广义相对论认为，质量和能量会弯曲时空，形成引力场。
这种弯曲是由物质的分布和运动引起的，被称为时空的曲率。
3.弯曲路径：在弯曲时空中，物体沿着一条路径运动时，会呈现出弯曲的轨迹。
这条路径被称为测地线，描述了物体在引力场中的运动轨迹。
4.引力是几何效应：广义相对论认为，引力不是通过作用力进行传递的，而是通过时空的几何效应产生的。
物体在弯曲时空中自由运动，看起来就像是受到了引力的作用。
数学形式广义相对论使用了爱因斯坦场方程来描述引力场的性质。
爱因斯坦场方程的数学形式如下：R_{\mu\nu} - \frac{1}{2} g_{\mu\nu} R = \frac{8\pi G}{c^4} T_{\mu\nu}其中，R_{\mu\nu}是时空的曲率张量，g_{\mu\nu}是时空的度规张量，R是时空的标量曲率，G是引力常数，c是光速。
T_{\mu\nu}是物质能量动量张量，描述了物质对时空的影响。
爱因斯坦场方程可以通过求解时空的度规张量来得到。
求解爱因斯坦场方程是一个非线性的偏微分方程问题，需要借助于数值方法来进行求解。
目前的研究主要集中在通过数值模拟来研究引力场的性质和时空的演化过程。
实验验证广义相对论的预言已经得到了多个实验的验证。
下面列举一些重要的实验验证结果：1.光线偏转：1919年，爱因斯坦的广义相对论的一项重要预言，在太阳附近的背景星星上观测到了太阳光的弯曲。
沪科版物理选修3-4课件：第5章5.5
做物体的静质能，每个有静质量的物体都具
有静质能．
栏目 导引
第5章
新时空观的确立
③对于一个以速率v运动的物体，其动能Ek
＝E－E0＝mc2－m0c2. ④物体的总能量为动能与静质能之和，即E ＝Ek＋E0＝mc2(m为动质量)． ⑤由质能方程可知ΔE＝Δmc2.
⑥相对论能量、质能关系
物体的总能量：E＝Ek＋m0c2＝mc2 其中m0c2称为静质能．
栏目 导引
第5章
新时空观的确立
质能关系：m＝E/c2
物理意义：对于相应能量E有相应质量m. 推广：ΔE＝Δmc2. 例1 长度测量与被测物体相对于观察者的
运动有关，物体在运动方向长度缩短了．一
艘宇宙飞船的船身长度为l0＝90 m，相对地面
以u＝0.8c的速度从一观测站的上空飞过．
栏目 导引
第5章
lc c2－v2
200c ＝ 2 2 2 m≈333 m. c －0.8 c
答案：333 m
栏目 导引
第5章
新时空观的确立
对广义相对论的进一步认识 学案导引
1．广义相对论的基本原理是什么？
2．哪些现象是广义相对论的基础？
栏目 导引
第5章
新时空观的确立
1.狭义相对论无法解决的问题
(1)万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架． (2)惯性参考系在狭义相对论中具有特殊的地位． 2.广义相对论的基本原理 (1)广义相对性原理：爱因斯坦把狭义相对性原理
【规律方法】
系等效为一个引力场，从而使物理规律在非 惯性系中也成立.
栏目 导引
第5章
新时空观的确立
二、走近广义相对论
1.广义相对论的两个基本原理 (1)在任何参考系中(包括惯性参考系)，物理 规律 过程 _________和_________都是相同的，这一原 广义相对性原理 理叫做____________________．
广义相对论的几个结论
广义相对论的几个结论广义相对论，也称哈勃的相对论，是20世纪最有影响力的物理学理论之一。
它是由爱因斯坦提出的，他认为光的速度是相对观察者而言都是一样的，即使欧拉速度可以发生变化，这是人们发现时间和空间并非是一个不变量这一真理的发现。
广义相对论深刻地影响着现代物理学，也影响了其他领域的研究，改变了人们的思想方式。
这篇文章将介绍广义相对论的几个重要结论。
首先，广义相对论指出，空间和时间是可以变形的，也就是说，当空间和时间被考虑时，它们不但是一个不变量，而且是一种可以变形的对象，并且在不同的观察者之间可以产生不同的形态现象。
这一结论显示出宇宙是可以改变形式的，也就是说，时间和空间可以发生变形，它们也可以因为移动而发生变形。
例如，爱因斯坦的广义相对论提出，当一个物体在光速运动时，它的长度会变短，这就是爱因斯坦的广义相对论的一个重要结论，这个结论显示出时间和空间之间存在着一种变形现象。
其次，广义相对论指出，重力是一种弯曲的空间现象，也就是说，重力是一种能够弯曲空间的对象，而且它也和时间发生了紧密的联系，这一结论暗示了在重力场中，时空发生变化。
爱因斯坦还提出了“和平”方程，这个方程可以用来描述重力场，它表明了重力场直接影响着空间和时间，因此，万有引力也可以被视为一种空间变形现象。
第三，广义相对论还表明，光也可以发生变形，也就是说，光的速度可以随着质量的变化而发生变化。
爱因斯坦的广义相对论提出，当一个物体的质量增加时，它的光在空间中的速度也会发生变化，这就是光表现出变形现象的原因。
此外，光也可以被证明可以弯曲，因为它受到引力场的影响，在引力场中，光可以弯曲，这也是宇宙中可以发生变形现象的一个证据。
最后，广义相对论指出，时间是一个相对的概念，即，不同的观察者会看到不同的时间流。
这就是说，当你站在不同的视角上看一件事物时，它会有不同的时间流逝现象，这意味着，在不同的观察者中，时间的流逝会有所不同，而这种不同也可以被证明存在因果关系。
爱因斯坦曾经也犯了一个大错误，他认为宇宙是静止的
爱因斯坦曾经也犯了⼀个⼤错误，他认为宇宙是静⽌的宇宙的样⼦1916年，爱因斯坦发表了著名的“⼴义相对论”，应⽤这⼀理论，科学家们解决了恒星的演化问题。
⽽宇宙是否是静⽌的呢？对这⼀问题，连爱因斯坦也犯了⼀个⼤错误。
他认为宇宙是静⽌的，然⽽，1929年哈勃以不可辩驳的实验，证明了宇宙不是静⽌的，⽽是向外膨胀的。
从这个意义上讲，我们可以认为它是不存在的。
因此，我们可以认为宇宙是有限的。
“宇宙到底是什么样⼦？”⽬前尚⽆定论。
值得⼀提的是史蒂芬·霍⾦的观点，⽐较让⼈容易接受：宇宙有限⽽⽆界，只不过⽐地球多了⼏维。
⽐如，我们的地球就是有限⽽⽆界的。
在地球上，⽆论从南极⾛到北极，还是从北极⾛到南极，你始终不可能找到地球的边界，但你不能由此认为地球是⽆限的。
实际上，我们都知道地球是有限的。
地球如此，宇宙亦是如此。
怎么理解宇宙⽐地球多了⼏维呢？举个例⼦：⼀个⼩球沿地⾯滚动并掉进了⼀个⼩洞中，在我们看来，⼩球是存在的，它还在洞⾥⾯，因为我们⼈类是“三维”的。
⽽对于⼀个蚂蚁来说，它得出的结论就会是：⼩球已经不存在了！它消失了。
为什么会得出这样的结论呢？因为它⽣活在“⼆维”世界⾥，对“三维”事件是⽆法清楚理解的。
同样的道理，我们⼈类⽣活在“三维”世界⾥，对于⽐我们多⼏维的宇宙，也是很难理解清楚的。
这也正是对于“宇宙是什么样⼦”，这个问题⽆法解释清楚的原因。
均匀的宇宙长期以来，⼈们相信地球是宇宙的中⼼。
哥⽩尼把这个观点颠倒了过来，他认为太阳才是宇宙的中⼼。
地球和其他⾏星都围绕着太阳转动，恒星则镶嵌在天球的最外层上。
布鲁诺进⼀步认为，宇宙没有中⼼，恒星都是遥远的太阳。
GIF⽆论是托勒密的地⼼说还是哥⽩尼的⽇⼼说，都认为宇宙是有限的。
教会⽀持宇宙有限的论点。
但是，布鲁诺居然敢说宇宙是⽆限的，从⽽挑起了宇宙究竟是有限还是⽆限的长期论战。
这场论战并没有因为教会烧死布鲁诺⽽停⽌下来。
主张宇宙有限的⼈说：“宇宙怎么可能是⽆限的呢？”这个问题确实不容易说清楚。
广义相对论揭示奇异宇宙
广义相对论揭示奇异宇宙作者：刘声远来源：《大自然探索》2021年第06期爱因斯坦刷新了时间和空间概念，他的理论所预测的无比奇异、无比宏大的宇宙挑战着人类想象力的极限。
诞生在瑞士一家专利署、成熟于德国柏林的广义相对论，是根植于对引力更深层面的新理解而提出的、有关宇宙的一种开创性理论。
在广义相对论之前，牛顿引力论已经流行了近200年。
牛顿认为，引力看起来就像是不同质量之间的互相拉扯。
爱因斯坦则提出，空间和时间是被质量和能量扭曲的一个统一架构。
天体扭曲时空架构，就像重物压在蹦床上。
时空架构的曲率引导天体运动。
由此，引力被爱因斯坦全新解释。
1915年底，在柏林的一系列演讲中，爱因斯坦描述了自己的广义相对论。
但直到1919年的一次日全食，该理论才引起当时学者们的普遍关注。
该理论预测，像太阳这样的大质量天体可能会把附近时空扭曲到足够程度，以至于本来直行的阳光被弯曲。
这样一来，遥远恒星看起来就不是精确位于被预测的位置。
在这次日食期间拍摄的照片，证实太阳的位置移动符合爱因斯坦的预测。
当时一家大报对此给出的头条标题是“苍穹天光歪斜科学之人狂喜”。
10年后，广义相对论引起的轰动乃至骚乱仍在继续。
当时，4500人蜂拥至位于美国纽约市的美国自然历史博物馆，欲倾听科学家对广义相对论的解释。
由于前来的人数大大超过演讲厅可接纳人数，人群中发生骚乱，人们拳脚相加，还有人冲破铁门。
警方不得不增派人手来控制局面。
到了1931年，物理学家麦克尔森（美国首位诺贝尔科学奖得主）说，广义相对论在科学历史上前无古人，是科学思想的一场革命。
我们今天已经知道，广义相对论带给我们的远远多于爱因斯坦愿意或能够预测的。
该理论是观察宇宙的一种全新方式，其多重含义中有一些就连爱因斯坦本人也不想接受。
然而，广义相对论的那些最奇异预测全都被证明无误。
看上去安静、静态和有限的宇宙，实际上是一个充满活力、持续扩张的竞技场，其中不斷上演“巨兽”之间扭曲时空的骚乱。
广义相对论揭示宇宙膨胀和黑洞的奥秘
广义相对论揭示宇宙膨胀和黑洞的奥秘广义相对论是爱因斯坦于20世纪初提出的一种描述引力的理论，它改变了我们对宇宙的理解。
在广义相对论中，时空被认为是一个弯曲的四维结构，物体的运动轨迹受到引力场的影响而产生变化。
这种理论不仅解释了天体运动的规律，还揭示了宇宙膨胀和黑洞的奥秘。
首先，广义相对论对于宇宙的膨胀提供了解释。
根据观测数据，科学家发现宇宙正在膨胀，远离我们的星系更快。
广义相对论认为，宇宙膨胀是由于空间本身的膨胀所致。
根据这个理论，爱因斯坦提出了一个宇宙学常数，描述了宇宙膨胀的速度。
这个常数的存在使得宇宙的膨胀能够得到合理的解释。
其次，广义相对论揭示了黑洞的奥秘。
黑洞是一种极度致密的天体，它的引力非常强大，甚至连光都无法逃脱。
在广义相对论中，黑洞可以被视为一个特殊的引力场。
当一个恒星因为耗尽了燃料而塌缩时，它会形成一个被称为黑洞的物体。
黑洞的外部，称为事件视界，是一个虚拟的表面，超出这个表面的物体将无法逃离黑洞的引力。
黑洞的内部，称为奇点，是一个极端的引力集中点，物质在奇点中被压缩到无限大的密度。
不仅如此，广义相对论还预言了许多黑洞的奇异现象。
例如，黑洞的引力会使光线发生弯曲，产生一个所谓的引力透镜效应。
这个效应使得黑洞附近的光线被弯曲，并且可以导致背后的物体产生多重的图像。
此外，由于黑洞的旋转，黑洞周围的空间也被带动起来，形成了所谓的时空涡流。
这些奇异的现象都得到了广义相对论的解释。
广义相对论在揭示宇宙膨胀和黑洞的奥秘方面取得了巨大的成功，但仍存在许多未解之谜。
例如，科学家们一直在研究黑洞内部的奇点，尝试了解物质在极端的引力条件下是如何行为的。
此外，对于宇宙膨胀的加速过程，也有许多不确定性和争议。
因此，广义相对论仍然是一个活跃的研究领域，科学家们继续努力探索更深入的理解。
总结起来，广义相对论揭示了宇宙膨胀和黑洞的奥秘。
它不仅提供了对宇宙膨胀的合理解释，还解释了黑洞的形成和特性。
然而，仍然有很多问题亟待解决，我们需要更深入的研究和观测来揭示这些奥秘的更多面貌。
3、狭义相对论效应与广义相对论效应的统一
3、狭义相对论效应与广义相对论效应的统一狭义相对论与广义相对论是紧密地联系在一起，有质物体的最主要的作用就是产生空间曲率，一切物体在重力场中运动的轨道只所以会发生弯曲在于空间本身是弯曲的，引力质量的大小是物体周围空间曲率大小的表现形式，因此加速运动的物体引力质量的增加可以认为从space-time中获得，此时引力场增强。
不同观察测得同一物体的引力质量不同，但是宇宙的总能量不变，进一步说明能量守恒定律的正确性，即狭义相对论效应是能量守恒定律的表现形式。
相对论中的时间、长度、引力质量不但具有相对性，同时具有绝对性，是相对性与绝对性的统一，Bohr的观点具有一定的局限性。
广义相对论揭示了物质对space-time 结构的反作用。
因此一个粒子的引力质量并不是它本身所特有的，而是由宇宙中所有其它粒子决定的。
这样运动引力质量与静止引力质量之间便统一起来，从根本上解决了上面的问题。
狭义相对论可以从广义相对论推导出来。
我们在地球上之所以能站起来行走，是由于一切天体都向地球发射引力波。
按照广义相对论，只在引力作用下运动的物体，如果用它自己的时钟测量，它总是走者一条费时最多的路线。
设想宇宙中的每一个粒子都带有自己的时钟（一个给定的时间），固有时间（绝对时间）是对相对时间流逝的仅有的有内禀特性的度量方式。
例如当物理学家列出某种亚核粒子的寿命时，他们指的是用粒子自身的钟测得的寿命，而不是实验者测得的寿命。
因为如果用实验者测得的寿命，还必须说明粒子与实验者的相对加速度，根据广义相对论它不是一个内禀的物理量，因此会因不同实验而异。
相对论天空存在着“两朵乌云”，这是Einstein发现的 :第二朵乌云：在狭义相对论中，任何事物都随观察者的不同而不同。
它还包含下面两层意思：一个是每个观察者都只承认自己的结论正确，其他观察者的结论不正确；另一个是所有观察者都对。
想在两个观察者中决定谁是正确的，既没有经验上的方法，也没有理论上的方法。
广义相对论原理是说物理规律
广义相对论原理是说物理规律广义相对论原理是爱因斯坦提出的一种关于物理规律的理论，它在描述时空结构和引力作用方面与牛顿经典力学存在根本的不同。
广义相对论原理认为，在任一空间中感受到的引力场都是由物体控制长的时空弯曲而形成的，这种弯曲可以被描述为黑洞、星体、行星和小天体向周围空间的形成影响，具有诸如引力透镜、莫比乌斯带和超越困境等非常奇特的数学性质。
这个理论的核心概念是时空结构，这是一个四维时空场，可以被描述为逐渐变化的几何形状。
下面是对广义相对论原理的详细描述。
一、时空结构广义相对论原理中的核心概念是时空结构。
这是一个四维时空场，可以被描述为逐渐变化的几何形状。
这个理论认为：所有物理现象都依赖于时空的结构。
不同的时空结构会导致不同的物理现象。
不同的时空结构可以由不同数量、质量和分布方式的物体被引起。
在广义相对论中，时空的曲率由能量和动量确定。
这使得引力透镜成为可能，其中天体的引力影响光线的路径是几何结构的结果。
二、弯曲时空广义相对论认为重力是由质量和能量引起的，而不是万有引力定律；这意味着引力不仅仅是一种拉力，电场中的引力和磁场中的引力被描述为弯曲时空的结果。
这种弯曲时空可以通过弯曲的坐标定义，这些坐标描述了物体在时空中的位置和运动。
由于时空结构的曲度导致引力的非线性性质，使得路径依赖关系和引力透镜效应成为可能。
这样，广义相对论可用于计算行星间运行轨迹和引力波，成为现代天文学和引力测量的基础。
三、能量动量与时空特殊相对论是爱因斯坦最早的成就，它将时空视为四维时空场。
如今广义相对论认为：能量动量与物理现象紧密相关，而这种关系是通过弯曲时空的方式实现的。
这个过程可以用能量质量张量来描述，这个张量描述物质的所有质量、能量和动量对时空的作用。
这个过程并不仅限于物质，其它物理现象中的相互作用也可以用此描述。
四、引力透镜和黑洞广义相对论引起人们极大的兴趣是因为它描述了引力透镜和黑洞这样非常特殊的现象。
引力透镜是一种天体测量方法，利用重力的弯曲将显著影响光线传播的行为。
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【解析】 当火箭速度较低时，长度基本不变，还是 100 km.当火箭的速度
达到 0.6c 时，由相对论长度公式 l＝l0 100× 1－0.62 km＝80 km.
1－?vc?2，代入相应的数据解得： l＝
【答案】 100 km 80 km
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应用相对论“效应”解题的一般步骤 1.应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度. 2.明确求解的问题，即明确求解静止参考系中的观察结果，还是运动参考 系中的观察结果. 3.应用“尺缩效应公式”或“时间延缓效应公式”进行计算.
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5.对质能方程的理解 爱因斯坦质能方程 E＝mc2. 它表达了物体的质量和它所具有的能量关系：一定的质量总是和一定的能 量相对应. (1)静止物体所对应的能量为 E0＝m0c2，这种能量称为物体的静质能，每个 有静质量的物体都有静质能.
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(2)由质能关系式可得 ΔE＝Δmc2. 其中 Δm 表示质量的变化量，该式意味着当质量减少 Δm 时，要释放出 ΔE ＝Δmc2 的能量. (3)物体的总能量 E 为动能 Ek 与静质能 E0 之和，即 E＝Ek＋E0＝mc2(m 为物 体运动时的质量).
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4.相对论质量公式的理解 (1)式中 m0 是物体静止时的质量 (也称为静质量 )，m 是物体以速度 v 运动时 的质量，这个关系式称为相对论质速关系，它表明物体的质量会随速度的增大 而增大 . (2)微观粒子的运动速度很大，它的质量明显大于光子质量，像回旋加速器 中被加速的粒子质量会变大， 导致做圆周运动的周期变大后， 它的运动与加在 D 形盒上的交变电压不再同步，回旋加速器的加速能量因此受到了限制 . (3)微观粒子的速度很大，因此粒子质量明显大于静质量 .
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奇特的相对论效应
[ 先填空] 1.运动时钟延缓 (1)经典的时空观 某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是 相同的. (2)相对论的时空观 物体所在的惯性系相对于我们所在惯性系的速度 越大，我们所观察到的某一 物理过程的时间就 越长.惯性系中的一切 物理、化学过程和生命过程都变慢了.
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1.星际火箭以 0.8c 的速率飞行，其运动质量为静止质量的多少倍？
【解析】 设星际火箭的静止质量为 m0，
其运动时的质量 m＝
1m－0 ???vc???2＝ 1－m?00.8?2＝53m0，即其运动质量为静止质
量的53倍.
【答案】
5 3
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2.地面上长 100 km 的铁路上空有一火箭沿铁路方向以 30 km/s 的速度掠过， 则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少？如果火箭的速度达到 0.6c，则火箭上 的人看到的铁路的长度又是多少？
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2.“动钟变慢 ”
时间间隔的相对性公式
Δt＝
Δt′?v?2中， Δt′是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两 1－??c??
个事件发生的时间间隔，而 Δt 是相对于事件发生地以速度 v 高速运动的观察者
测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔 .
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3.分析时间间隔和长度变化时应注意的问题 (1)时间间隔、长度的变化，都是由于物质的相对运动引起的一种观测效应， 它与所选取的参考系有关，物质本身的结构并没有变化. (2)两个事件的时间间隔和物体的长度，必须与所选取的参考系相联系，如 果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空间的尺寸，是没有任何意义 的.
(2)相对论的时空观 “长度”也具有 相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止 长度小，但在垂直于杆的运动方向上，杆的长度 没有变化.
(3)相对长度公式
设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为 l0，与杆有相对运动的人认为杆的 长度为 l，杆相对于观察者的速度为 v，则 l、l0、v 的关系是 l＝l0 1－vc22 .
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[ 再判断] 1.根据相对论的时空观，“同时”具有相对性 .( √ ) 2.相对论时空观认为，运动的杆比静止的杆长度变大 .(× ) 3.高速飞行的火箭中的时钟要变慢 .( √ ) 4.爱因斯坦通过质能方程阐明物体的质量就是能量 .( × )
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[ 后思考] 1.尺子沿任何方向运动其长度都缩短吗？ 【提示】 尺子沿其长度方向运动时缩短，在垂直于运动方向长度不变 .
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(3)相对时间间隔公式
设 Δt 表示静止的惯性系中观测的时间间隔， Δt′表示以 v 高速运动的参考
Δt′
系中观察同样两事件的时间间隔，则它们的关系是： Δt＝
v2.
1－c2
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2.运动长度收缩
(1)经典的时空观 一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做 相对运动而不同.
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3.爱因斯坦质量公式和质能关系 (1)经典力学 物体的质量是 不变 的，一定的力作用在物体上产生一定的 加速度 ，足够长 时间后物体可以达到 任意的速度.
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(2)质量公式 物体的质量随物体 速度增加而增大 . 物体以速度 v 运动时的质量 m 与静止时的质量 m0 之间的关系是： m＝ m0 v2，因为总有 v＜c.可知运动物体的质量 m 总要大于它静止时的质量 m0. 1－c2 (3)质能关系 关系式为 E＝mc2 ，式中 m 是物体的质量，E 是它具有的能量 .
知ห้องสมุดไป่ตู้
识
点
一
5.3 奇特的相对论效应
学
业
5.4 走近广义相对论
分
层
测
5.5 无穷的宇宙
评
知
识
点
二
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学习目标
1.通过推理，知道时间间隔的相对性和 长度的相对性.(重点、难点) 2.知道相对论质量、爱因斯坦质能方 程.(重点、难点) 3.初步了解广义相对论的几个主要观 点.
知识脉络
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2.以任何速度运动，时间延缓效应都很显著吗？ 【提示】 不是.当 v→c 时，时间延缓效应显著；当 v? c 时，时间延缓效 应可忽略.
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[ 核心点击 ] 1.“动尺缩短 ” 狭义相对论中的长度公式 l＝l0 1－???vc???2中，l0 是相对于杆静止的观察者测 出的杆的长度，而 l 可以认为是杆沿自己的长度方向以速度 v 运动时，静止的观 察者测量的长度 .