第五章 相对论-变换的人生参考系
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1905 《关于光的产生和转化的一个启发性 观点》用光量子准确简洁地解释了光电效 应
1910 普朗克推荐他任布拉格大学理论物理 教授
1921 获诺贝尔物理奖（二游上海）
1930年 被纳粹抄家 1932年 移居美国，任普林斯顿高级研究员
推动量子理论的早期发展 1942年--- 从事统一场论的研究 1948年 拒绝出任以色列总统 1955.4.18 患癌症拒绝手术死于纽约医院
相 对
所有物理规律的等价(爱氏) 论
非惯性系(引力场) :所有物理规律的等价
电磁场--------
1917年
广 义 相
对统 论一
场 论?
微观:强弱相互作用--------
1955年 无结果
高速领域
狭义相对论 ______ 常规经验
相悖的核心问题：
• 究竟有一个绝对速度？还是有一个绝对时间？
• 什么是时间？主观意识？观测结果! 绝对客体？
人生参考系
“换位思考”和“将心比心” 在人生中不断变换自己的位置，选准比较的对象(参考系)，才 能不断地提升自我，使人生多一些快乐、少一些烦恼。
生平：1879.3.5 出生在德国南部一电器作坊小业主家庭
从小学到16岁并不出色，但好奇心强 16岁开始思考：“什么是时间？空间？若追 光将如何？”等问题 语言考试不好，但数学天份高
• 子在川上曰：“逝者如斯夫”。 • 时间是对一连串事件（场景）的演变的“观
测”。 • 而这种演变的（绝对）速度就是光速C。
相对光速与绝对光速
相对速度：c 绝对速度：c
相对速度：c+v 绝对速度：c
伽利略系
狭义相对论系
同时的相对性： 光速30 A
甲
29
爱因斯坦火车: B 车速29
乙
在S系(车，甲)同时异地两事件(甲处发出的光到达A,B)
假定光速为极限 速度后的必然结果
例如： Vt=v0 +at
如果给定一个加速度a，随着时间推移，总有一 个时刻速度会增大到等于甚至超过光速c
怎么维持光速的绝对地位呢？
只能让时间随着速度增加慢下来
一、动质增大
m不随v变？守恒定律？光速不变？
面临三者只能取二的艰难选择
放弃m不变的传统观念！！m= f (v)
第四章 相对论，变换的人生参考系
“夫天地者，万物之逆旅； 光阴者，百代之过客。”
—李白
小诗 : <鸟 和 笼>
鸟笼的门终于开了,鸟儿飞 了……
笼门又关上了. 鸟 笼.
自由了!!--------而鸟,却被禁锢在笼外.
参考系和坐标系
• 在不同的参考系、坐标系中，物体的运动 形式和状态也不尽相同。
• 在自然科学中参考系选得好，会使问题大 大简化
怎样的心态能让老太太感到幸福？
幸福的来源
• 一个坐在火车窗口座位的老人，不慎将一 只刚买来的鞋子掉到了窗外。老人不假思 索地将另一只鞋也扔了出去。同行的人非 常纳闷，问他为什么还要把第二只鞋再丢 掉。老人淡淡一笑，说：“掉下去的那只 鞋已经不可能捡回来了，剩下的一只鞋也 不能穿，我把它尽快地扔出去，好让捡到 它们的人拥有一双。如果我留着，只能是 一人一只，那鞋子也就没有价值了。”坐 在周边的人们都对这位豁达的老人肃然起 敬。
在 S/系(地,乙)异时异地两事件（先A，后B）
伽利略：
相对论：
乙观察：
乙观察：
向前光速=29+30=59
向前光速30，向后光速30
向后光速=30-29=1 ∴同时到达A（迎上），
B （逃离）。
而B是逃离的，A是迎上的 ∴先到达A，后到B（不同时）
迈克尔逊－莫雷实验探寻“以太”
证明只能是
时光间速相绝对对
人生参考系
• 在生活中也是这样，事物总是相对的，就 看和谁去比较。
• “生活累，一小半源于生存，一大半源于 攀比。”——郑辛遥
苦恼的来源
• 一位老奶奶有两个女儿，都在做生意，大 女儿卖鞋，二女儿卖伞。老奶奶天天都愁 眉不展，因为她担心如果第二天是晴天， 二女儿的伞会卖不出去；如果第二天是雨 天，大女儿的鞋就卖不出去了。
质能方程对人生的启示
• 能量是质量的终极体现。但物体的质量充分释放 需要以具有极大速度（动力）为前提
• 人遇到生命危险时，本能反应出的能力就比平时 大很多
• 我们每个人都有很多没有释放的能量。正是爱因 斯坦的方程告诉我们物质储存着巨大的能量，人 类才制造出核武器和核能发电，核能动力等。那 么我们如果知道自己也潜伏着很大的能力呢？我 们也该自觉地去开发它吧！我们为什么不能在职 员的位置上开发出我们在老总的位置上才有的能 力呢？
以太风
仪器转动90度，则总的相位变化为
实验结果：没有任何 条纹移动现象
思考
• 如果你是爱因斯坦，你由迈克尔逊的以太 测量实验能得到什么结论？
• 爱因斯坦思想的伟大性在于他敢于突破 “先验”思维
• 由中国近代历史思考“先验”思维对我们 创造精神的影响，你有何启示？
狭义相对论
• 动尺缩短 • 动钟放慢 • 动质增大
1896 进入苏黎世大学（瑞士），大部分时 间泡在实验室里
1900 大学毕业(失业) 1902 伯尔尼专利局职员，业余时间探讨物 理、哲学
1905.6 《论动体的电动力学》——狭义相对论
1905.9 导出 E mc2；1917提出广义相对论
1919 在巴西、西非的日食观测验证他的引 力曲光的假设（名声大噪）
火化 无墓碑
建源自文库家庭
师生游
定居美国
授课 与泰戈尔
亚洲行
相对论
爱因斯坦本人有个比 喻：如果你在一个漂 亮的姑娘身旁坐一小 时，你只觉得坐了片 刻，反之，你如果坐 在一个热火炉上，片 刻就象一个小时。这 就是相对论。
1879年
爱`因斯坦对“普遍性”的追求: 1905年
惯性系
狭
义
所有力学规律的等价(伽利略)
vE
Vm
Em
m
m0
1
v c
2
E mc2 质能转换
某核反应每产生一个中子就要亏损 3.12 10 29 kg
质量。问这意味着放出多少能量？
E mc 2 3.2 10 29 (310 8 )2 J
9.61013 J 1.75107 eV
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• 改变世界的方程——E=mc^2
二．动尺缩短
S/
S
甲
V 0 x1
x2
x
O/
乙
X/
Δx/
S系甲测 l0 x2 x1
S系乙测 l l0 x （乙同时测两端）
三．动钟变慢
A:to
B:t
t t0 (假设摆速不变)
1．双生子佯谬
不同速度运动的物体都有不同
1910 普朗克推荐他任布拉格大学理论物理 教授
1921 获诺贝尔物理奖（二游上海）
1930年 被纳粹抄家 1932年 移居美国，任普林斯顿高级研究员
推动量子理论的早期发展 1942年--- 从事统一场论的研究 1948年 拒绝出任以色列总统 1955.4.18 患癌症拒绝手术死于纽约医院
相 对
所有物理规律的等价(爱氏) 论
非惯性系(引力场) :所有物理规律的等价
电磁场--------
1917年
广 义 相
对统 论一
场 论?
微观:强弱相互作用--------
1955年 无结果
高速领域
狭义相对论 ______ 常规经验
相悖的核心问题：
• 究竟有一个绝对速度？还是有一个绝对时间？
• 什么是时间？主观意识？观测结果! 绝对客体？
人生参考系
“换位思考”和“将心比心” 在人生中不断变换自己的位置，选准比较的对象(参考系)，才 能不断地提升自我，使人生多一些快乐、少一些烦恼。
生平：1879.3.5 出生在德国南部一电器作坊小业主家庭
从小学到16岁并不出色，但好奇心强 16岁开始思考：“什么是时间？空间？若追 光将如何？”等问题 语言考试不好，但数学天份高
• 子在川上曰：“逝者如斯夫”。 • 时间是对一连串事件（场景）的演变的“观
测”。 • 而这种演变的（绝对）速度就是光速C。
相对光速与绝对光速
相对速度：c 绝对速度：c
相对速度：c+v 绝对速度：c
伽利略系
狭义相对论系
同时的相对性： 光速30 A
甲
29
爱因斯坦火车: B 车速29
乙
在S系(车，甲)同时异地两事件(甲处发出的光到达A,B)
假定光速为极限 速度后的必然结果
例如： Vt=v0 +at
如果给定一个加速度a，随着时间推移，总有一 个时刻速度会增大到等于甚至超过光速c
怎么维持光速的绝对地位呢？
只能让时间随着速度增加慢下来
一、动质增大
m不随v变？守恒定律？光速不变？
面临三者只能取二的艰难选择
放弃m不变的传统观念！！m= f (v)
第四章 相对论，变换的人生参考系
“夫天地者，万物之逆旅； 光阴者，百代之过客。”
—李白
小诗 : <鸟 和 笼>
鸟笼的门终于开了,鸟儿飞 了……
笼门又关上了. 鸟 笼.
自由了!!--------而鸟,却被禁锢在笼外.
参考系和坐标系
• 在不同的参考系、坐标系中，物体的运动 形式和状态也不尽相同。
• 在自然科学中参考系选得好，会使问题大 大简化
怎样的心态能让老太太感到幸福？
幸福的来源
• 一个坐在火车窗口座位的老人，不慎将一 只刚买来的鞋子掉到了窗外。老人不假思 索地将另一只鞋也扔了出去。同行的人非 常纳闷，问他为什么还要把第二只鞋再丢 掉。老人淡淡一笑，说：“掉下去的那只 鞋已经不可能捡回来了，剩下的一只鞋也 不能穿，我把它尽快地扔出去，好让捡到 它们的人拥有一双。如果我留着，只能是 一人一只，那鞋子也就没有价值了。”坐 在周边的人们都对这位豁达的老人肃然起 敬。
在 S/系(地,乙)异时异地两事件（先A，后B）
伽利略：
相对论：
乙观察：
乙观察：
向前光速=29+30=59
向前光速30，向后光速30
向后光速=30-29=1 ∴同时到达A（迎上），
B （逃离）。
而B是逃离的，A是迎上的 ∴先到达A，后到B（不同时）
迈克尔逊－莫雷实验探寻“以太”
证明只能是
时光间速相绝对对
人生参考系
• 在生活中也是这样，事物总是相对的，就 看和谁去比较。
• “生活累，一小半源于生存，一大半源于 攀比。”——郑辛遥
苦恼的来源
• 一位老奶奶有两个女儿，都在做生意，大 女儿卖鞋，二女儿卖伞。老奶奶天天都愁 眉不展，因为她担心如果第二天是晴天， 二女儿的伞会卖不出去；如果第二天是雨 天，大女儿的鞋就卖不出去了。
质能方程对人生的启示
• 能量是质量的终极体现。但物体的质量充分释放 需要以具有极大速度（动力）为前提
• 人遇到生命危险时，本能反应出的能力就比平时 大很多
• 我们每个人都有很多没有释放的能量。正是爱因 斯坦的方程告诉我们物质储存着巨大的能量，人 类才制造出核武器和核能发电，核能动力等。那 么我们如果知道自己也潜伏着很大的能力呢？我 们也该自觉地去开发它吧！我们为什么不能在职 员的位置上开发出我们在老总的位置上才有的能 力呢？
以太风
仪器转动90度，则总的相位变化为
实验结果：没有任何 条纹移动现象
思考
• 如果你是爱因斯坦，你由迈克尔逊的以太 测量实验能得到什么结论？
• 爱因斯坦思想的伟大性在于他敢于突破 “先验”思维
• 由中国近代历史思考“先验”思维对我们 创造精神的影响，你有何启示？
狭义相对论
• 动尺缩短 • 动钟放慢 • 动质增大
1896 进入苏黎世大学（瑞士），大部分时 间泡在实验室里
1900 大学毕业(失业) 1902 伯尔尼专利局职员，业余时间探讨物 理、哲学
1905.6 《论动体的电动力学》——狭义相对论
1905.9 导出 E mc2；1917提出广义相对论
1919 在巴西、西非的日食观测验证他的引 力曲光的假设（名声大噪）
火化 无墓碑
建源自文库家庭
师生游
定居美国
授课 与泰戈尔
亚洲行
相对论
爱因斯坦本人有个比 喻：如果你在一个漂 亮的姑娘身旁坐一小 时，你只觉得坐了片 刻，反之，你如果坐 在一个热火炉上，片 刻就象一个小时。这 就是相对论。
1879年
爱`因斯坦对“普遍性”的追求: 1905年
惯性系
狭
义
所有力学规律的等价(伽利略)
vE
Vm
Em
m
m0
1
v c
2
E mc2 质能转换
某核反应每产生一个中子就要亏损 3.12 10 29 kg
质量。问这意味着放出多少能量？
E mc 2 3.2 10 29 (310 8 )2 J
9.61013 J 1.75107 eV
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• 改变世界的方程——E=mc^2
二．动尺缩短
S/
S
甲
V 0 x1
x2
x
O/
乙
X/
Δx/
S系甲测 l0 x2 x1
S系乙测 l l0 x （乙同时测两端）
三．动钟变慢
A:to
B:t
t t0 (假设摆速不变)
1．双生子佯谬
不同速度运动的物体都有不同