爱因斯坦:狭义和广义相对论浅说
相对论的浅说
狭义相对论的浅说一、摘要相对论是关于物质运动与时间空间关系的理论。
它是现代物理学的理论基础之一。
相对论是本世纪初由爱因斯坦等在总结实验事实的基础上所建立和发展。
在这以前,人们根据经典时空观(集中表现为伽利略变换)解释光的传播等问题时,导致一系列尖锐的矛盾。
相对论针对这些问题,建立了物理学中新的时空现和高速物体的运动规律,对以后物理学的发展有重大作用。
相对论分为狭义相对论和广义相对论两大部分。
1905年建立的狭义相对论的基本原理:(1)在任何惯性参考系中,自然规律都相同,称为相对性原理。
(2)在任何惯性系中,真空光速c都相同,即光速不变原理。
由此得出时间和空间各量从一个惯性系变换到另一惯性系时,应该满足洛伦兹变换,而不是满足伽利略变换。
并由此推出许多重要结论,例如:①两事件发生的先后或是否“同时”,在不同参照系看来是不同的(但因果律仍然成立)。
②量度物体的长度时,将测到运动物体在其运动方向上的长度要比静止时缩短。
与此相似,量度时间进程时,将看到运动的时钟要比静止的时钟进行得慢。
③物体质量m随速度v的增加而增大,其关系为m=m0/√[1-(v/c)2] 式中m0为静止时的质量,称为静止质量。
④任何物体的速度不能超过光速c。
⑤物体的质量m与能量E之间满足质能关系式E=mc2。
以上结论与目前的实验事实符合,但只有在高速运动时,效应才显著。
在通常的情况下,相对论效应极其微小,因此经典力学可认为是相对论力学在低速情况下的近似。
二、前言相对论是现代物理学的重要基石。
它的建立是20世纪自然科学最伟大的发现之一,对物理学、天文学乃至哲学思想都有深远影响。
相对论是科学技术发展到一定阶段的必然产物,是电磁理论合乎逻辑的继续和发展,是物理学各有关分支又一次综合的结果。
狭义相对论和广义相对论建立以来,已经过去了很长时间,它经受住了实践和历史的考验,是人们普遍承认的真理。
相对论对于现代物理学的发展和现代人类思相的发展都有巨大的影响。
如何解释一下广义相对论和狭义相对论?
如何解释⼀下⼴义相对论和狭义相对论?这⾥只能简单介绍⼀下相对论,稍微了解⼀下这个理论的⼀些基本内容,毕竟没⼈敢说真正理解相对论啊。
在⼆⼗世纪初,爱因斯坦相继创⽴了狭义相对论和⼴义相对论,给经典物理学带来了变⾰,翻开了现代物理学的全新篇章。
狭义相对论在经典物理学中,时空是绝对的,但狭义相对论指出时空是相对的。
狭义相对论有两⼤基础:其⼀是相对性原理,物理定律在所有的惯性系中都是相同的;其⼆是光速不变原理,光速在所有的惯性系中保持⼀个恒定常数。
由此可以得出⼏⼤推论:1)动尺变短如果⼀根尺⼦以⼀定的速度运动,则观察者将会测量到这根尺⼦变得⽐静⽌的时候更短。
2)动钟变慢如果⼀个时钟以⼀定的速度运动,则在它之上的时间流逝速度将会变慢。
如果与静⽌的时钟相⽐,运动时钟⾛得更慢。
狭义相对论的时间膨胀效应表明,物体运动速度越快,时间流逝就越慢。
这个效应已在实验中得到证实,⽽且还被应⽤于全球定位系统。
3)质能⽅程从狭义相对论中还能导出著名的质能⽅程E=mc^2,这个公式揭⽰了质量和能量可以互相转换,它也是核反应的理论基础。
⼴义相对论⼴义相对论主要与引⼒有关,它揭⽰了引⼒的本质——即引⼒是物体弯曲时空的结果。
物体的质量越⼤,扭曲时空就越显著,表现出的引⼒作⽤就越强。
⼴义相对论预⾔了诸多现象:1)⿊洞如果物体的质量⼤到⼀定程度,它会极度扭曲时空,以⾄于连光都⽆法从中逃逸出来,这就是⿊洞。
2)⼴义相对论的时间膨胀效应时空扭曲的程度还会影响时间的流逝速度。
时空扭曲越显著,引⼒场越强,时间流逝速度就越慢。
这个效应已在实验中得到证实,⽽且还被应⽤于全球定位系统。
3)引⼒波两个⼤质量天体互相接触,会在时空中产⽣显著的涟漪,它以光速向外传播,这就是引⼒波。
在去年年初,引⼒波已经被直接探测到。
简⽽⾔之,⼴义相对论可以借⽤著名物理学家约翰·惠勒的⼀句名⾔来概述:物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动。
以上是关于狭义相对论和⼴义相对论的简单介绍,想要深⼊了解可以去看⼀些相关专著,或者直接去拜读爱因斯坦的原著。
3分钟带你了解爱因斯坦相对论
3分钟带你了解爱因斯坦相对论
爱因斯坦是20世纪最著名的物理学家之一,他提出了许多重要的物理理论,其中最著名的就是相对论。
相对论是用来描述时间和空间的物理理论,它改变了我们对物理世界的
理解,并为之后的物理理论奠定了基础。
相对论包括两个部分:狭义相对论和广义相对论。
狭义相对论最初由爱因斯坦在1905年提出,它主要是描述在不同速度下的物体对于时间和空间的感知差异。
广义相对论则是
在1915年提出,它对狭义相对论进行了进一步扩展,加入了引力场的概念。
狭义相对论中,爱因斯坦提出了两个重要的概念:光速不变原理和时空的相对性。
光
速不变原理指出,在任何惯性参照系中,光速都是不变的。
这个概念改变了牛顿力学中的
时间和空间概念,使得时间和空间变成了相互相关的概念。
时空的相对性则指出,在不同
的惯性参照系中,时间和空间的度量都是不同的,因此物体的速度也是相对的。
广义相对论则是在狭义相对论的基础上增加了引力场的概念。
爱因斯坦发现,空间不
是一个简单的背景,而是可以被重力场所弯曲。
这个概念被描述为“质量弯曲时空”,即
在重力场中,时空的曲率正比于质量的分布。
这些理论可以被应用于太阳系中的天体运动、引力透镜效应等实验上。
总的来说,相对论具有非常深远的影响,不仅改变了我们对时间和空间的理解,也影
响了量子力学和宇宙学等物理理论的发展。
它是现代物理学的基础之一,也是科学发展史
上的里程碑。
狭义与广义相对论浅说
《狭义与广义相对论浅说》李醒民中国科学院大学作为思想家,爱因斯坦的以开放的世界主义、战斗的和平主义、自由的民主主义、人道的社会主义为标志的社会政治哲学,以及远见卓识的科学观、别具慧眼的教育观、独树一帜的宗教观,无一不是人类宝贵的思想遗产,它们将会成为21世纪“和平与发展”主旋律中的美妙音符,永远充当社会进步和文明昌盛的助推器。
他的科学哲学是由五种要素——温和经验论、基础约定论、意义整体论、科学理性论、纲领实在论——构成的独特而绝妙的多元张力哲学。
在这个兼容并蓄、和谐共存的哲学统一体中,这些不同的乃至异质的要素相互限定、珠联璧合,彼此砥砺、相得益彰,保持着恰如其分的“必要的张力”,从而显得磊落轶荡、气象万千。
他的探索性的演绎法、逻辑简单性原则、准美学方法、形象思维等科学方法论别出机杼,所向披靡。
他关于科学的客观性、可知性、统一性、和谐性、因果性、简单性、不变性等的科学思想涵义深邃,意蕴隽永。
它们是19和20 世纪之交科学哲学和科学方法论的巅峰——以马赫、庞加莱、迪昂、奥斯特瓦尔德、皮尔逊为代表的批判学派——之集大成和发扬光大,是现代哲学的思想奇葩和智慧结晶,从而在哲学史和思想史上浓墨重彩地大书一笔,成为世人取之不尽、用之不竭的精神宝藏。
爱因斯坦作为一个大写的人,他对生命的价值和人生意义的理解,他对真善美的不懈追求,他的独立的人格、仁爱的人性和高洁的人品,这一切形成了他的丰盈的人生哲学和道德实践,成为人类高山景行的楷模和人的自我完善的强大的精神力量。
在某种意义上,作为人的爱因斯坦比作为科学家和思想家的爱因斯坦还要伟大。
当他活着的时候,全世界善良的人似乎都能听到他的心脏在跳动;当他去世时,人们不仅感到这是世界的巨大损失,而且也是个人的不可弥补的损失。
这样的感觉和情愫是罕有的,一个自然科学家的生与死能在世人中间引起这样的感觉,也许在历史上还是头一次。
说到此处,我蓦然想起宋人钱惟演的《对竹思鹤》。
钱诗云:“瘦玉萧萧伊水头,风宜清夜露宜秋。
狭义与广义相对论浅说阅读随笔
《狭义与广义相对论浅说》阅读随笔一、相对论背景介绍在人类对物理世界的认识历程中,人们一直在寻求统一且符合逻辑的宇宙法则。
牛顿力学在很长时间内被认为是解释物质运动和相互作用的最好理论,随着物理学的发展和研究的深入,人们逐渐发现了某些难以解释的现象和问题,比如在微观领域的量子力学问题和高速运动情况下的理论问题。
这样的探索与研究为相对论的诞生奠定了基础,特别是在人类科技发展初期关于光速的追求,提出了新的时空观念。
由此产生的问题刺激了人们对时间和空间观念的反思,引发了科学界对物理学理论的一次重大革命。
在这样的背景下,爱因斯坦的相对论应运而生。
狭义相对论,首次打破了牛顿力学中的绝对时空观,提出了空间与时间的相对性。
它强调了宇宙的自然法则与物理定律在任何惯性参考系下都保持一致的特性,并以光速作为其核心参考量度标准。
该理论的核心思想是:物理定律在所有惯性参照系中都是等价的。
通过此理论我们得以对时间和空间的测量产生了全新的理解,在这一基础上构建的宇宙观让人们重新认识了时间和空间的相对性特征以及物体在高速运动下的物理表现。
这为后续研究开启了新的视角和路径,对于进一步推动物理学的进步有着不可磨灭的贡献。
而广义相对论则进一步扩展了狭义相对论的理论框架,引入了引力场和曲率空间的概念,揭示了引力是如何影响时空结构的。
广义相对论不仅解释了引力的一些现象,而且深化了我们对宇宙的认知和物质之间相互作用的理解。
因此这一理论自诞生以来引起了巨大的反响和研究热潮,进一步推进了物理学和人类对宇宙的认知进程。
相对论是一个融合了时间和空间观念、对运动规律和引力理论进行全面改革的重大理论体系。
在阅读过程中更是带来了无尽深思以及对自然的无限好奇及崇敬之感的提升。
二、狭义相对论详解在深入阅读《狭义与广义相对论浅说》狭义相对论作为全书的核心内容之一,引起了我极大的兴趣。
这一章节详细阐述了狭义相对论的基本原理和核心概念,为我揭示了时空相对性的神秘面纱。
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。
爱因斯坦《狭义与广义相对论浅说》
狭义与广义相对论浅说爱因斯坦.第一部分狭义相对论···································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································································· (4)1.几何命题的物理意义 4 2.坐标系 5 3.经典力学中的空间和时间7 4.伽利略坐标系8 5.相对性原理(狭义)8 6.经典力学中所用的速度相加定理10 7.光的传播定律与相对性原理的表面抵触10 8.物理学的时间观12 9.同时性的相对性14 10.距离概念的相对性15 11.洛伦兹变换16 12.量杆和钟在运动时的行为19 13.速度相加定理斐索实验20 14.相对论的启发作用22 15.狭义相对论的普遍性结果22 16.经验和狭义相对论25 17.闵可夫斯基四维空间27 第二部分广义相对论29 18.狭义和广义相对性原理29 19.引力场31 20.惯性质量和引力质量相等是广义相对性公设的一个论据32 21.经典力学的基础和狭义相对论的基础在哪些方面不能令人满意34 22.广义相对性原理的几个推论35 23.在转动的参考物体上的钟和量杆的行为37 25.高斯坐标41 26.狭义相对论的空时连续区可以当作欧几里得连续区43 27.广义相对论的空时连续区不是欧几里得连续区44 28.广义相对性原理的严格表述45 29.在广义相对性原理的基础上解引力问题47 第三部分关于整个宇宙的一些考虑49 30.牛顿理论在宇宙论方面的困难49 31.一个“有限”而又“无界”的宇宙的可能性50 32.以广义相对论为依据的空间结构53 附录54一、洛伦兹变换的简单推导54二、闵可夫斯基四维空间(“世界”)57三、广义相对论的实验证实58(1)水星近日点的运动59(2)光线在引力场中的偏转60(3)光谱线的红向移动62四、以广义相对论为依为依据的空间结构64五、相对论与空间问题65(1)场························································································································ (70)(2)广义相对论的空间概念73 (3)广义的引力论76第一部分狭义相对论1.几何命题的物理意义阅读本书的读者,大多数在做学生的时候就熟悉欧几里得几何学的宏伟大厦。
狭义相对论和广义相对论
狭义相对论和广义相对论狭义相对论和广义相对论最本质的区别在于时空是不是弯的。
狭义相对论:狭义相对论是1905年由阿尔伯特·爱因斯坦、洛伦兹、庞加莱和闵可夫斯基提出的,基本原理有狭义相对性原理和光速不变原理。
广义相对论:广义相对论是1915年阿尔伯特·爱因斯坦提出的,基本原理有等效原理和广义相对性原理。
狭义相对论狭义相对论解决了一个物理学的重大矛盾。
在爱因斯坦之前,最成功的两个理论分别是牛顿提出的牛顿力学和麦克斯韦提出麦克斯韦方程。
只不过,这两个理论有个矛盾,那就是:光速。
具体来说,牛顿的理论认为,速度可以不断地进行叠加,没有上限,只要你加得上去就行。
可是,麦克斯韦方程得出的光速是一个固定值,似乎暗示着光速无论在什么惯性坐标系下都是一样的。
要知道,我们在使用牛顿力学时,是需要先选定参考坐标的。
因此,科学家就在思考,是不是存在一个奇怪的坐标系,让光速一直保持一个速度,它们管这个叫做以太。
于是,一群科学家就拼了命地去找“以太”,然后他们接二连三地失败了。
后来,26岁的爱因斯坦提出了狭义相对论。
有人说他高举了奥卡姆剃刀原理才成功的,这个奥卡姆剃刀原理大意是:如无必须勿增实体。
翻译过来就是,咋简单咋来。
既然光速是不变的,那为啥还要假设“以太”?于是,爱因斯坦就以“光速不变原理”和“相对性原理”为基础假设,推导出了狭义相对论。
这个过程就有点像平面几何,就只有五条公设,但是能搞出一整套体系。
而这里的相对性原理,说白了就是经典物理学的老套路,在研究运动时,需要先选个惯性参考系。
通过这两条假设,爱因斯坦出了很多奇葩的结论,比如:时间膨胀。
说的是,如果你想对于我高速运动,那我看你的时间就会变慢,这种变慢可以理解成,如果你在高速的飞船里做操,那我这里看到的就是你在慢动作做操。
而你自己其实感觉到的时间是正常流逝。
所以,是以我参考系看你时间膨胀了。
如果你也看到,你也会发现我的时间也变慢了,因为我想对于你也是在高速运动的。
爱因斯坦《狭义与广义相对论浅说》
爱因斯坦《狭义与广义相对论浅说》《狭义与广义相对论浅说》是爱因斯坦为中等知识水平的读者撰写的相对论普及性著作,具有较高的可读性。
这本书分为两部分:《狭义相对论》和《广义相对论》。
在《狭义相对论》部分,爱因斯坦介绍了狭义相对论的两个基本原理:相对性原理和光速不变原理。
相对性原理指出物理学定律在所有惯性系中是相同的,不存在一种特殊的惯性系,同时强调时间和空间观念都具有相对性。
光速不变原理则指出在所有的惯性系中,真空中光的速度具有相同的值。
《广义相对论》部分则更为深入和复杂,涉及引力场、惯性质量和引力质量相等、以及空时连续区的性质等内容。
爱因斯坦在书中以最简单、最明了的方式介绍了相对论的主要概念,并大体按照相对论实际创生的次序和联系来叙述。
此外,书中还增添了一些珍贵的图片资料,并在导读中较为详细地介绍了相对论创立的科学背景、思想脉络、理论意义等。
《狭义与广义相对论浅说》是物理学科中的重要经典著作之一,也是爱因斯坦亲自对他的相对论所做的大众化解释,有助于一般读者更加清晰地理解相对论的基本原理和思想。
广义相对论狭义相对论的区别
广义相对论狭义相对论的区别
相对论是20世纪提出的物理理论,它主要是指广义相对论和狭义相对论。
开创相对论的人是爱因斯坦,他最早提出了狭义相对论,之后他提出了广义相对论来解释引力的存在。
(1)广义相对论是属于宇宙空间的一种理论体系,总体上包括爱因斯坦的狭义相对论。
它拓展了爱因斯坦的双原则,囊括了宇宙的物理学规律,特别是如何和关于空间时间弯曲,星系,大小比喻,时间流逝,引力等等。
(2)狭义相对论是爱因斯坦提出的,也是一种宇宙规律,它主要是解释物体间相互作用,以及物理量之间的变化。
它主要是根据相对性原理,即物体间的速度是相对的来解释的,它的基本原理是“物体的同一性”、“不能同时观测两个不同的系统”、“航行和观测者之间的时差”等等。
爱因斯坦的相对论最简单的解释
爱因斯坦的相对论最简单的解释1. 引言爱因斯坦的相对论是20世纪最重要的科学理论之一,它对我们对时间、空间和引力的理解产生了深远的影响。
本文将为读者提供一个简单易懂的解释,帮助大家理解相对论的基本概念和原理。
2. 相对性原理相对论的基础是相对性原理,即物理定律在所有惯性参考系中都是相同的。
这意味着无论你是在静止的状态还是以匀速直线运动,物理定律都应该保持不变。
3. 狭义相对论狭义相对论是相对论的一部分,主要研究的是在匀速直线运动的参考系中的物理现象。
它提出了两个重要的概念:相对性和光速不变原理。
3.1 相对性狭义相对论认为,物理现象的规律在不同的惯性参考系中是相同的,只是观察者的观测结果可能会有所不同。
例如,当两个人以不同的速度相对运动时,他们对于同一个事件的观测结果可能会有所不同。
3.2 光速不变原理光速不变原理是狭义相对论的核心概念之一。
它指出,在任何惯性参考系中,光速都是恒定不变的,即光速在真空中的数值为299,792,458米每秒。
根据光速不变原理,狭义相对论提出了时间和空间的相对性,即时间和空间的度量取决于观察者的参考系。
这就意味着时间和空间并不是绝对的,而是相对的。
3.3 时间膨胀和长度收缩由于时间和空间的相对性,狭义相对论预测了一些令人惊讶的现象。
其中之一是时间膨胀和长度收缩。
当一个物体以接近光速运动时,它的时间会变慢,这被称为时间膨胀。
换句话说,对于以不同速度运动的两个观察者来说,他们所测量的时间可能是不同的。
另外,当一个物体以接近光速运动时,它的长度会收缩,这被称为长度收缩。
对于以不同速度运动的观察者来说,他们所测量的物体长度也可能是不同的。
3.4 质能等效狭义相对论还提出了著名的质能等效公式:E=mc²。
这个公式表明质量和能量之间存在等价关系,质量可以转化为能量,能量也可以转化为质量。
这个公式的意义在于揭示了质量和能量是同一事物的不同表现形式。
它也解释了为什么在核反应中会释放出巨大的能量,因为质量的微小变化可以导致能量的巨大释放。
爱因斯坦《狭义与广义相对论浅说》(中文版)
爱因斯坦 .
第一部分 狭义相对论 ··············································································································4 1.几何命题的物理意义·······································································································4 2.坐标系 ······························································································································5 3.经典力学中的空间和时间 ·······························································································7 4.伽利略坐标系 ··················································································································8 5.相对性原理(狭义)·······································································································8 6.经典力学中所用的速度相加定理 ·················································································10 7.光的传播定律与相对性原理的表面抵触 ·····································································10 8.物理学的时间观 ············································································································12 9.同时性的相对性 ············································································································14 10.距离概念的相对性·······································································································15 11.洛伦兹变换 ··················································································································16 12.量杆和钟在运动时的行为 ···························································································19 13.速度相加定理 斐索实验 ·······················································································20 14.相对论的启发作用·······································································································22 15.狭义相对论的普遍性结果 ···························································································22 16.经验和狭义相对论·······································································································25 17.闵可夫斯基四维空间···································································································27
狭义相对论和广义相对论浅说
狭义相对论和广义相对论浅说
狭义相对论和广义相对论是两个相对论理论,都是由爱因斯坦发展而
来的。
它们的研究对象都是物理学中的时间和空间,但是它们的研究范围
不一样。
狭义相对论主要研究时间和空间的变化,而这些变化受到速度的影响。
例如,当物体以很高的速度运动时,它的时间会变慢,同时空间也会收缩。
这些变化导致了一些奇异的物理现象,如孪生效应。
广义相对论则研究物质和能量如何影响时间和空间。
例如,当物体的
质量很大时,它产生了一个巨大的重力场,这个重力场会影响周围的时间
和空间。
在广义相对论中,时间和空间不再是坚固不可摧的,它们会随着
重力场的变化而弯曲和扭曲。
总之,狭义相对论和广义相对论都是非常重要的相对论理论,它们深
刻地改变了我们对时间和空间的理解,并为物理学研究提供了深层次的思
考和探讨。
狭义和广义相对论浅说
狭义和广义相对论浅说------------------------爱因斯坦与相对论作者:黄烨摘自《百年科学发现》关于光的性质,还有很多谜,直到现在也无法用科学解释。
光是怎样产生的?在空间如何传播?光怎样从物质出现?光是什么,是物质、振动、还是纯能?颜色是否为光必不可少?对于这许许多多的问题,科学已经作出了部分解释,但归根结底,这些问题尚未解答。
不过,20世纪初,在人们了解光、研究光的过程中,带来了物理学的两场革命,这就是相对论和量子论。
为建立这两个理论体系,许多科学家都作出了重要贡献,他们都是一些杰出的物理学大师,其中最为突出的是爱因斯坦。
爱因斯坦的学生时代艾伯特·爱因斯坦于1879年3月14日在德国小城乌尔姆出生,他的父母都是犹太人。
爱因斯坦有一个幸福的童年,他的父亲是位平静、温顺的好心人,爱好文学和数学。
他的母亲个性较强,喜爱音乐,并影响了爱因斯坦,爱因斯坦从六岁起学小提琴,从此小提琴成为他的终生伴侣。
爱因斯坦的父母对他有着良好的影响和家庭教育,家中弥漫着自由的精神和祥和的气氛。
和牛顿一样,爱因斯坦年幼时也未显出智力超群,相反,到了四岁多还不会说话,家里人甚至担心他是个低能儿。
六岁时他进入了国民学校,是一个十分沉静的孩子,喜欢玩一些需要耐心和坚韧的游戏,例如用纸片搭房子。
1888年进入了中学后,学业也不突出,除了数学很好以外,其他功课都不怎么样,尤其是拉丁文和希腊文,他对古典语言毫无兴趣。
当时的德国学校必须接受宗教教育,开始时爱因斯坦非常认真,但当他读了通俗的科学书籍后,认识到宗教里有许多故事是不真实的。
12岁时他放弃了对宗教的信仰,并对所有权威和社会环境中的信念产生了怀疑,并发展成一种自由的思想。
爱因斯坦发现周围有一个巨大的自然世界,它离开人类独立存在,就象一个永恒的谜。
他看到,许多他非常尊敬和钦佩的人在专心从事这项事业时,找到了内心的自由和安宁。
于是,少年时代的爱因斯坦就选择了科学事业,希望掌握这个自然世界的奥秘,而一旦选择了这一道路,就坚持不懈地走了下去,从来没有后悔过。
大学生《狭义与广义相对论浅说》读后感学习
本文为word格式,下载后可编辑修改,也可直接使用大学生《狭义与广义相对论浅说》读后感大学生《狭义与广义相对论浅说》读后感【一】《狭义相对论》我中学就有耳闻,那时候虽然什么都不懂,只知道《狭义相对论》是很厉害的理论,也让我体会到了世界的奇妙,宇宙万物的高深,启发了我对科普知识的浓厚兴趣。
简洁来说狭义相对论有两条原理1.所有的物理定律在各个不同的惯性坐标系中都相同2.光速恒定不变E=MC2(平方)是根据这两条原理得出的,只是狭义相对论的一部分简单的讲就是除了物理定律和光速任何物质都是相对变动的,包括时间和空间。
最让我印象深刻的就是狭义相对论的时空观,它让我对物质世界的理解又到了一种层次。
俗话说“覆水难收“意思是倒出去的水很难再收回来,时间也是这样,时间流逝了就很难再回来。
但是爱因斯坦的相对论彻底的推翻了这些俗语,当达到光速的时候就有可能做得到穿越时空。
这些观点衍生出来了很多推论和假设,最出名和最让人感兴趣的就是双生子佯谬问题。
一对双生子A和B,A在地球上,B乘火箭去做星际旅行,经过漫长岁月返回地球。
爱因斯坦由相对论断言,二人经历的时间不同,重逢时B将比A年轻。
许多人有疑问,认为A看B在运动,B看A也在运动,为什么不能是A比B年轻呢?由于地球可近似为惯性系,B要经历加速与减速过程,是变加速运动参考系,真正讨论起来非常复杂,因此这个爱因斯坦早已讨论清楚的问题被许多人误认为相对论是自相矛盾的理论。
如果用时空图和世界线的概念讨论此问题就简便多了,只是要用到许多数学知识和公式。
在此只是用语言来描述一种最简单的情形。
不过只用语言无法更详细说明细节,有兴趣的请参考一些相对论书籍。
我们的结论是,无论在哪个参考系中,B都比A年轻。
为使问题简化,只讨论这种情形,火箭经过极短时间加速到亚光速,飞行一段时间后,用极短时间掉头,又飞行一段时间,用极短时间减速与地球相遇。
这样处理的目的是略去加速和减速造成的影响。
在地球参考系中很好讨论,火箭始终是动钟,重逢时B比A年轻。
深度长文:通俗理解爱因斯坦的广义和狭义相对论,值得珍藏
深度长文:通俗理解爱因斯坦的广义和狭义相对论,值得珍藏相对论以势不可挡的姿态揭开了这个荒诞世界的外衣,再次让人类意识到自身的无知和渺小。
谈这个问题前,先说说量子力学和相对论的区别:第一,量子力学是一大堆科学家头脑风暴的产物,相对论则是爱因斯坦一个人拿下的。
第二,量子力学是积小流成江海,从普朗克°开始一点一滴累积起来的,相对论,则是横空出世,一蹴而就。
第三,量子力学无论多么荒诞,至少都是从实验现象开始的,为了解释实验结果拼凑出各种理论公式,相对论则是由爱因斯坦凭空捏造,之后再根据理论去寻找实验现象。
第四,量子力学收割了成堆的诺贝尔奖,相对论自始至终都没有获奖。
第五,量子力学早已广泛应用,这点很多人可能不知道,以为量子力学只是物理学家的游戏,其实现代科技取得如此辉煌的成就,多半都是量子力学的功劳,而相对论呢,除了用于计算校准,完全没有提供任何生产技术。
第六,量子力学应用于微观,电子、质子等等,相对论应用于宏观,恒星、时间、空间这些。
第七,量子力学描述的世界是一段一段的、量子化的,相对论描述的世界则是连续的。
你说说,这种严丝合缝的巧合是不是有点过分了,让人不免怀疑,这是不是上天在捉弄人类。
相对论和量子力学就好像商量好一般,如此矛盾,却又都如此惊世骇俗,真是折磨了一代又一代的物理人!物理学家天生有「大一统思想」,最好把宇宙间所有规律归纳成一个公式。
为了撮合这两个理论,人类付出了无比艰辛的努力,这段可歌可泣的故事,咱们留着以后慢慢说。
其实在经典物理学时代,也是个大统一的故事,经典物理经历了开枝散叶的「牛顿时代后,又逐渐归拢走向统一。
「大统一」路上的巅峰之作,非「麦克斯韦方程组」莫厲,至少排名人类最伟大公式前三甲!这事说起来很简单,原本「电」和「磁」是两路人,但自从法拉第Q发现电磁感应后,大家都知道电和磁早就有一腿了,却苦于没有牵线搭桥的媒婆。
正当大家干着急时,麦克斯韦大笔一挥,从此电、磁成了一家人。
狭义相对论和广义相对论的基本原理
狭义相对论和广义相对论的基本原理狭义相对论和广义相对论是现代物理学的基本理论之一,它们解释了时间、空间、质量和能量之间的关系。
以下是对这两种相对论的基本原理的讲解。
一、狭义相对论的基本原理狭义相对论是爱因斯坦在1905年提出的理论,它提出了一个与牛顿力学不同的观点,即光速在所有惯性参考系中都是常数。
这一原则被称为“光速不变原理”,它是狭义相对论的核心。
基于“光速不变原理”,狭义相对论提出了以下原则:1. 所有物理定律在所有惯性参考系中都是相同的。
2. 物体的质量随着速度的增加而增加,速度越快,增加的质量越大。
3. 时间和空间是相对的,没有绝对的标准。
4. 能量和质量是等价的,它们之间可以相互转化。
这些原则反映了狭义相对论的基本特征,它推翻了牛顿力学中的一些假设,如时间和空间的绝对性、万有引力的绝对性等。
狭义相对论为我们提供了更加准确和完整的描述物理规律的框架,同时也为后来的广义相对论的发展提供了基础。
二、广义相对论的基本原理广义相对论是爱因斯坦在1916年提出的理论,它是在狭义相对论的基础上进一步发展而来的。
广义相对论初衷是想解释引力的本质,它基于“等效原理”提出了新的物理规律。
广义相对论的基本原理包括:1. 等效原理:自由下落的物体在惯性参考系中运动是匀速直线运动。
2. 引力不是一种真正的力,而是由物体所在空间弯曲而产生的一种现象。
3. 时间和空间的弯曲程度受到物质分布的影响。
4. 光线会沿着最短路径传播。
这些原理反映了广义相对论的基本特征,它描述了物质的引力性质和空间的几何形态之间的关系。
广义相对论证明了狭义相对论中的“光速不变原理”是任何物质和能量影响的最高速度,同时也为黑洞、宇宙学等领域的研究提供了新的工具和思路。
狭义相对论和广义相对论是现代物理学中最基本的理论之一,它们提供了理解时空的新视角和解释物理规律的新方法。
【狭义相对论】狭义相对论建立在“光速不变原理”之上,它意味着在不同的参考系中,光的速度是恒定不变的。
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。
爱因斯坦将狭义相对论推广为广义相对论
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狭义与广义相对论浅说爱因斯坦著目录第一部分狭义相对论41.几何命题的物理意义42.坐标系53.经典力学中的空间和时间74.伽利略坐标系85.相对性原理(狭义)86.经典力学中所用的速度相加定理107.光的传播定律与相对性原理的表面抵触108.物理学的时间观129.同时性的相对性1410.距离概念的相对性1511.洛伦兹变换1612.量杆和钟在运动时的行为1913.速度相加定理斐索实验2014.相对论的启发作用2215.狭义相对论的普遍性结果2216.经验和狭义相对论2517.闵可夫斯基四维空间27第二部分广义相对论2918.狭义和广义相对性原理2919.引力场3120.惯性质量和引力质量相等是广义相对性公设的一个论据32 21.经典力学的基础和狭义相对论的基础在哪些方面不能令人满意34 22.广义相对性原理的几个推论3523.在转动的参考物体上的钟和量杆的行为3725.高斯坐标4126.狭义相对论的空时连续区可以当作欧几里得连续区4327.广义相对论的空时连续区不是欧几里得连续区4428.广义相对性原理的严格表述4529.在广义相对性原理的基础上解引力问题47第三部分关于整个宇宙的一些考虑4930.牛顿理论在宇宙论方面的困难4931.一个“有限”而又“无界”的宇宙的可能性50 32.以广义相对论为依据的空间结构53附录54一、洛伦兹变换的简单推导54二、闵可夫斯基四维空间(“世界”)57三、广义相对论的实验证实58(1)水星近日点的运动59(2)光线在引力场中的偏转60(3)光谱线的红向移动62四、以广义相对论为依为依据的空间结构64五、相对论与空间问题65(1)场70(2)广义相对论的空间概念73(3)广义的引力论76第一部分狭义相对论1.几何命题的物理意义阅读本书的读者,大多数在做学生的时候就熟悉欧几里得几何学的宏伟大厦。
你们或许会以一种敬多于爱的心情记起这座伟大的建筑。
在这座建筑的高高的楼梯上,你们曾被认真的教师追迫了不知多少时间。
凭着你们过去的经验,谁要是说这门科学中的那怕是最冷僻的命题是不真实的,你们都一定会嗤之以鼻。
但是,如果有人这样问你们,“你们说这些命题是真实的,你们究竟是如何理解的呢?”那么你们这种认为理所当然的骄傲态度或许就会马上消失。
让我们来考虑一下这个问题。
几何学是从某些象“平面”、“点”和“直线”之类的概念出发的,我们可以有大体上是确定的观念和这些要领相联系;同时,几何学还从一些简单的命题(公理)发,由于这些观念,我们倾向于把这些简单的命题当作“真理”接受下来。
然后,根据我们自己感到不得不认为是正当的一种逻辑推理过程,阐明其余的命题是这些公理的推论,也就是说这些命题已得到证明。
于是,只要一个命题是以公认的方法从公理中推导出来的,这个命题就是正确的(就是“真实的”)。
这样,各个几何命题是否“真实”的问题就归结为公理是否“真实”的问题。
可是人们早就知道,上述最后一个问题不仅是用几何学的方法无法解答的,而且这个问题本身就是完全没有意义的。
我们不能问“过两点只有一直线”是否真实。
我们只能说,欧几里得几何学研究的是称之为“直线”的东西,它说明每一直线具有由该直线上的两点来唯一地确定的性质。
“真实”这一概念有由该直线上的两点来唯一地确定的性质。
“真实”这一概念与纯几何这的论点是不相符的,因为“真实”一词我们在习惯上总是指与一个“实在的”客体相当的意思;然而几何学并不涉及其中所包含的观念与经验客体之间的关系,而只是涉及这些观念本身之间的逻辑联系。
不难理解,为什么尽管如些我们还是感到不得不将这些几何命题称为“真理”。
几何观念大体上对应于自然界中具有正确形状的客体,而这些客体无疑是产生这些观念的唯一渊源。
几何学应避免遵循这一途径,以便能够使其结构获得最大限度的逻辑一致性。
例如,通过位于一个在实践上可视为刚性的物体上的两个有记号的位置来查看“距离”的办法,在我们的思想习惯中是根深蒂固的。
如果我们适当地选择我们的观察位置,用一只眼睛观察而能使三个点的视位置相互重合,我们也习惯于认为这三个点位于一条直线上。
如果,按照我们的思想习惯,我们现在在欧几里得几何学的命题中补充一个这样的命题,即在一个在实践上可视为刚性的物体上的两个点永远对应于同一距离(直线间隔),而与我们可能使该物体的位置发生的任何变化无关,那么,欧几里得几何学的命题就归结为关于各个在实践上可以视为刚性的物体的所有相对位置的命题。
作了这样补充的几何学可以看作物理学的一个分支。
现在我们就能够合法地提出经过这样解释的几何命题是否“真理”的问题;因为我们有理由问,对于与我们的几何观念相联系的那些实在的东西来说,这些命题是否被满足。
用不大精确的措词来表达,上面这句话可以说成为,我们把此种意义的几何命题的“真实性”理解为这个几何命题对于用圆规和直尺作图的有效性。
当然,以此种意义断定的几何命题的“真实性”,是仅仅以不大完整的经验为基础的。
目下,我们暂先认定几何命题的“真实性”。
然后我们在后一阶段(在论述广义相对论时)将会看到,这种“真实性”是有限的,那时我们将讨论这种有限性范围的大小。
2.坐标系根据前已说明的对距离的物理解释,我们也能够用量度的方法确立一刚体上两点间的距离。
为此目的,我们需要有一直可用来作为量度标准的一个“距离”(杆S)。
如果A和B是一刚体上的两点,我们可以按照几何学的规则作一直线连接该两点:然后以上为起点,一次一次地记取距离S,直到到达B点为止。
所需记取的次数就是距离AB的数值量度,这是一切长度测量的基础。
描述一事件发生的地点或一物体在空间中的位置,都是以能够在一刚体(参考物体)上确定该事件或该物体的相重点为根据的,不仅科学描述如此,对于日常生活来说亦如此如果我来分析一下“北京天安门广场”这一位置标记,我就得出下列结果。
地球是该位置标记所参照的刚体;“北京天安门广场”是地球上已明确规定的一点,已经给它取上了名称,而所考虑的事件则在空间上与该点是相重合的。
这种标记位置的原始方法只适用于刚体表面上的位置,而且只有在刚体表面上存在着可以相互区分的各个点的情况下才能够使用这种方法。
但是我们可以摆脱这两种限制,而不致改变我们的位置标记的本质。
譬如有一块白云飘浮在天安门广场上空,这时我们可以在天安门广场上垂直地竖起一根竿子直抵这块白云,来确定这块白云相对于地球表面的位置,用标准量杆量度这根竿子的长度,结合对这根竿子下端的位置标记,我们就获得了关于这块白云的完整的位置标记。
根据这个例子,我们就能够看出位置的概念是如何改进提高的。
(1)我们设想将确定位置所参照的刚体加以补充,补充后的刚体延伸到我们需要确定其位置的物体。
(2)在确定物体的位置时,我们使用一个数(在这里是用量杆量出来的竿子长度),而不使用选定的参考点。
(3)即使未曾把高达云端的竿子竖立起来,我们也可以讲出云的高度,我们从地面上各个地方,用光学的方法对这块云进行观测,井考虑光传播的特性,就能够确定那需要把它升上云端的竿子的长度。
从以上的论述我们看到,如果在描述位置时我们能够使用数值量度,而不必考虑在刚性参考物体上是否存在着标定的位置(具有名称的),那就会比较方便。
在物理测量中应用笛卡儿坐标系达到了这个目的。
笛卡儿坐标系包含三个相互垂直的平面,这三个平面与一刚体牢固地连接起来。
在一个坐标系中,任何事件发生的地点(主要)由从事件发生的地点向该三个平面所作垂线的长度或坐标(x,y,z)来确定,这三条垂线的长度可以按照欧几里得几何学所确立的规则和方法用刚性量杆经过一系列的操作予以确定。
在实际上,构成坐标系的刚性平面一般来说是用不着的;还有,坐标的大小不是用刚杆结构确定的,而是用间接的方法确定的如果要物理学和天文学所得的结果保持其清楚明确的性质,就必须始终按照上述考虑来寻求位置标示的物理意义。
由此我们得到如下的结果:事件在空间中的位置的每一种描述都要使用为描述这些事件而必须参照的一个刚体。
所得出的关系系以假定欧几里得几何学的定理适用于“距离”为依据;“距离”在物理上一般习惯是以一刚体上的两个标记来表示。
3.经典力学中的空间和时间力学的目的在于描述物体在空间中的位置如何随“时间”而改变。
如果我未经认真思考、不如详细的解释就来表述上述的力学的目的,我的良心会承担违背力求清楚明确的神圣精神的严重过失。
让我们来揭示这些过失。
这里。
“位置”和“空间”应如何理解是不清楚的。
设一列火车正在匀速地行驶,我站在车厢窗口松手丢下(不是用力投掷)一块石头到路基上。
那么,如果不计空气阻力的影响,我看见石头是沿直线落下的。
从人行道上观察这一举动的行人则看到石头是沿抛物线落到地面上的。
现在我问,石头所经过的各个“位置”是“的确”在一条直线上,还是在一条抛物线上的呢,还有,所谓“在空间中”的运动在这里是什么意思呢?根据前一节的论述,就可以作出十分明白的答案。
首先,我们要完全避开“空间”这一模糊的字眼,我们必须老实承认,对于“空间”一同,我们无法构成丝毫概念;因此我们代之以“相对于在实际上可看作刚性的一个参考物体的运动”。
关于相对于参考物体(火车车厢或铁路路基)的位置,在前节中已作了详细的规定。
如果我们引人“坐标系”这个有利于数学描述的观念来代替“参考物体”,我们就可以说,石块相对于与车厢牢固地连接在一起的坐标系走过了一条直线,但相对于与地面(路基)牢固地连接在一起的坐标系,则石块走过了一条抛物线借助于这一实例可以清楚地知道不会有独立存在的轨线(字面意义是“路程——曲线”);而只有相对于特定的参考物体的轨线。
为了对运动作完整的描述,我们必须说明物体如何随时间而改变其位置;亦即对于轨线上的每一个点必须说明该物体在什么时刻位于该点上。
这些数据必须补充这样一个关于时间的定义,依靠这个定义,这些时间值可以在本质上看作可观测的量(即测量的结果)。
如果我们从经典力学的观点出发,我们就能够举出下述方式的实例来满足这个要求。
设想有两个构造完全相同的钟;站在车厢窗口的人拿着其中的一个,在人行道上的人拿着另一个。
两个观察者各自按照自己所持时钟的每一声滴咯刻划下的时间来确定石块相对于他自已的参考物体所占据的位置。
在这里我们没有计入因光的传播速度的有限性而造成的不准确性。
对于这一点以及这里的另一个主要困难,我们将在以后详细讨论。
4.伽利略坐标系如所周知,伽利略-牛顿力学的基本定律(称为惯性定律)可以表述如下:一物体在离其他物足够远时,一直保持静止状态或保持匀速直线运动状态。
这个定律不仅谈到了物体的运动,而且指出了不违反力学原理的、可在力学描述中加以应用的参考物体或坐标系。
相对于人眼可见的恒星那样的物体,惯性定律无疑是在相当高的近似程度上能够成立的。
现在如果我们使用一个与地球牢固地连接在一起的坐标系,那么,相对于这一坐标系,每一颗恒星在一个天文日当中都要描画一个具有莫大的半径的圆,这个结果与惯性定律的陈述是相反的。