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狭义相对论与广义相对论一、狭义相对论1. 历史背景- 19世纪末，经典物理学在解释一些新的实验现象时遇到了困难。
例如，迈克尔逊 - 莫雷实验试图测量地球相对于“以太”的运动，但结果显示不存在这种运动，这与经典的绝对时空观相矛盾。
- 麦克斯韦方程组在经典力学的伽利略变换下不具有协变性，这意味着电磁现象的规律在不同惯性系中表现不一致，而当时人们认为应该存在一种统一的变换使得电磁规律在所有惯性系中形式相同。
2. 基本假设- 相对性原理：物理定律在所有惯性参考系中都是相同的。
这意味着在任何惯性系（静止或匀速直线运动的参考系）中做物理实验，得到的结果都遵循相同的物理定律。
- 光速不变原理：真空中的光速在所有惯性参考系中都是恒定的，与光源和观察者的相对运动无关。
例如，无论你是静止地观察一束光，还是在高速运动的飞船上观察同一束光，你测量到的光速都是c = 299792458m/s。
3. 主要结论- 时间延缓（时间膨胀）：运动的时钟会变慢。
设Δ t为静止参考系中的时间间隔（固有时间），Δ t'为相对于该参考系以速度v运动的参考系中的时间间隔，则Δt'=(Δ t)/(√(1 - frac{v^2)){c^{2}}}。
例如，在一艘高速飞行的宇宙飞船中的时钟，相对于地球上的时钟会走得更慢。
- 长度收缩：运动物体的长度在其运动方向上会收缩。
设L为物体在静止参考系中的长度（固有长度），L'为相对于该参考系以速度v运动的参考系中测量到的长度，则L' = L√(1-(v^2))/(c^{2)}。
例如，一根高速运动的尺子，在静止观察者看来，其长度会变短。
- 相对论质量：物体的质量会随其运动速度的增加而增大。
设m_0为物体的静止质量，m为物体以速度v运动时的质量，则m=(m_0)/(√(1-frac{v^2)){c^{2}}}。
当物体的速度接近光速时，其质量趋近于无穷大，这也是为什么有静止质量的物体不能达到光速的原因之一。
狭义与广义相对论浅说爱因斯坦 著.第一部分狭义相对论1.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3221.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3422.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5032.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。
广义相对论狭义相对论区别
广义相对论和狭义相对论是关于相对论的两种不同理论。
它们有以下主要区别：
1. 适用范围：狭义相对论适用于惯性系，也就是没有受到外力的参考系。
而广义相对论适用于任意参考系，包括非惯性系。
2. 引力的处理：狭义相对论中没有考虑引力的影响，只涉及到物体在加速度下的运动。
而广义相对论则将引力视为时空的弯曲，引入了引力场的概念，描述了物体在引力场中的运动。
3. 时间和空间的观念：狭义相对论中，时间和空间是统一的，构成了时空的四维结构。
而广义相对论中，时空被看作是弯曲的，存在了引力的概念。
4. 系统的时空结构：狭义相对论中，时空的结构是平直的，即在没有其他物体的情况下是完全平直的。
而广义相对论中，时空的结构是弯曲的，由物质和能量的分布决定。
总的来说，狭义相对论是广义相对论的特例，适用于惯性系的情况，而广义相对论是狭义相对论的进一步发展，不仅适用于惯性系，还适用于任意参考系，同时引入了引力的概念。
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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。
《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。
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。
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。
读爱因斯坦的《狭义与广义相对论浅说》的读后感
《狭义与广义相对论浅说》是爱因斯坦的一本著作，书中提出了他的狭义相对论学说，这一学说被认为是20世纪物理学的
重要成就之一。
书中讲述了爱因斯坦提出的狭义相对论的基本概念，以及它对现代物理学的影响。
爱因斯坦把物理学发展到一个新的层次，他把时间和空间结合在一起，把它们看作是一个整体，从而形成了一个新的概念——相对论。
他的这一学说改变了人们对宇宙的认识，也改变了人们对物理学的认识。
读完这本书，我对爱因斯坦的狭义相对论有了一定的了解，也对他的杰出贡献有了更深刻的认识。
爱因斯坦的狭义相对论不仅改变了人们对宇宙的认识，而且改变了人们对物理学的认识。
他的这一学说让人们更加清楚地了解了宇宙，也让物理学发展得更加迅速。
《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。
更教仙骥旁边立，尽是人间第一流。
”以此诗之意象隐喻爱因斯坦，岂不是神来之笔，惟妙惟肖！
关于《狭义与广义相对论浅说》
爱因斯坦的《狭义与广义相对论浅说》写于1916年，德文第1版于1917年出版，到1922年已经出版第40版，由此不难窥见其受读者欢迎的程度。
1920年代，世界各国先后出版了10多种文字的译本，英译本似乎到1952年已经出版了15版。
1922年4月，商务印书馆出版了该书的中译本，书名为《相对论浅说》，译者夏元瑮。
1964年5月，上海科学技术出版社又出版了新译本，书名为《狭义与广义相对论浅说》，现在读者手头的，就是这个译本。
正如爱因斯坦在1916年所写的“序”中所说的，他的这本小册子是为具有相当于大学入学考试的知识水平的读者而写的：他们从科学和哲学的角度对相对
论有兴趣，但是又不熟悉理论物理学的数学工具。
尽管作者以最简单、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，但是读者要读懂和读完它，仍需具有相当大的耐心和毅力。
《狭义与广义相对论浅说》一书分为三部分——狭义相对论、广义相对论、关于整个宇宙的一些考虑——外加一个附录，重点和绝大部分篇幅在头两部分。
为了让读者尽可能理解和领悟爱因斯坦的相对论，本“导读”详细论述了狭义与广义相对论创立的科学背景、构思经过、思想脉络、理论意义、时代影响等，以期收到预想的效果。
欲更多地了解爱因斯坦及其贡献和思想的读者，可进一步参阅本“导读”作者的相关著作——《激动人心的年代——世纪之交物理学革命的历史考察和哲学探讨》、《论狭义相对论的创立》、《人类精神的又一巅峰—爱因斯坦思想探微》、《爱因斯坦》等。
相对论的发展
爱因斯坦在建立狭义相对论后，就试图着手建立引力的相对性理论。
爱因斯坦起初想在狭义相对论的框架内构造引力理论，但是存在着一个难以克服的困难：根据狭义相对论中的质能关系式，物理体系的惯性质量随其总能量的增加而增加，但是根据1890年厄缶精密的扭秤实验，物体的引力质量却与它的惯性质量相等，这样自由落体的加速度就应当与它的速度和内部状态密切相关，这显然与日常经验和该结论的前提相矛盾。
爱因斯坦意识到，囿于狭义相对论的框架，要找到满意的引力理论是毫无希望的。
伽利略早就发现了一个极其简单的实验事实：一切物体在引力场中都具有同一加速度，即物体的惯性质量同它的引力质量相等。
但是在牛顿力学中，这一事实并没有得到解释。
多年来，人们都把这一司空见惯的事实看作是理所当然的，
从未把它当做一个重要的问题认真思考过。
对于这个不成问题的问题，爱因斯坦却把它当做一个值得研究的大问题，并看出了其中的问题之所在，这正是他高于一般人的地方。
日本物理学史家广重彻说过：“当科学家觉察到所研究的问题以前并不作为一个问题存在，这时科学变革就开始了。
”看来，这话是有一定道理的。
爱因斯坦从惯性质量等于引力质量这一事实想到：如果在一个（空间范围很小的）引力场里，我们不是引进一个惯性系，而是引进一个相对于它作加速运动的参照系，那么事物就会像在没有引力的空间里那样行动，这就是所谓等效原理。
爱因斯坦进而把相对性原理推广到加速系，这就是所谓的广义相对性原理。
1907年，爱因斯坦的兴趣转向推广狭义相对论。
同年，他发表了论文“关于相对论原理和由此得出的结论”。
在该文的第五部分，他就“相对性原理和引力”做了考察。
他一开始就提出一个问题：“是否可以设想，相对性运动原理对于相互作加速运动的参照系也仍然成立？”他还在这里明确地提出了等效原理：“引力场同参照系的相当的加速度在物理学上完全等价。
”他由此得出三个结论：在重力势为Φ的场中，时钟延缓1＋Φ/c2倍；来自太阳表面的光的波长比地球上同类物质发出的光的波长大约大两百万分之一（引力红移）；光线经过引力场时,每厘米光程方向的变化为r×sinφ/c2（φ为引力方向与光线方向的夹角，r为引力引起的加速度）。
爱因斯坦认为他所发现的等效原理是自己“一生中最愉快的思想”。
值得注意的是，爱因斯坦进一步根据等效原理说明了光在引力场中弯曲的必要性。
他预言光线经过太阳附近要受到0.83″的偏转，对木星来说，只是此数值的1／100，他迫切希望天文学家能作出验证。
1911年的这篇论文尽管还不成
熟，但它毕竟在这一黑暗的领域内划出了一道闪光，成为爱因斯坦最终通向广义相对论的中途站。
爱因斯坦不能取得决定性突破的根本原因在于，要使人们从坐标必须具有直接的度规意义下解放出来，确实是一件不容易的事。
直到1912年，当爱因斯坦意识到，用标准尺和理想钟测得的直接量度来表示坐标差是不可能的，合理的引力理论只能寄希望于通过推广相对性原理而得到，使得一切坐标系都是平权的，即客观真实的物理规律在任意坐标变换下形式不变（广义协变）——这时，他才接近了广义相对论的门槛。
相对论也是集中体现科学美和数学美的杰作。
相对论犹如一座琼楼玉宇，其外部结构之华美雅致，其内藏观念之珍美新奇，都是无与伦比的。
相对论的逻辑前提是两条在逻辑上再简单不过的原理，它们却像厄瑞克泰翁庙的优美的女像柱一样，支撑着内涵丰富的庞大理论体系而毫无重压之感。
其建筑风格是高度对称的，从基石到顶盖莫不如此。
四维时空连续统显示出精确的贯穿始终的对称性原理，也蕴涵着从日常经验来看绝不是显而易见的不变性或协变性。
空时对称性规定着其他的对称性：电荷和电流、电场和磁场、能量和动量等的对称性。
正如外尔所言，整个相对论只不过是对称的另一个方面；四维连续统的对称性、相对性或齐性首次被爱因斯坦描述出来，相对论处理的正是四维时空连续统的固有对称。
在这样高度对称的琼楼玉宇中，又陈放着诸多奇异的观念——四维世界、弯曲时空、广义协变、尺缩钟慢等——从而通过均衡中的奇异而显示出更为卓著的美！。
