第14章 相对论相对论II
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相对论(关于时空和引力的基本理论)·狭义相对论的概念马赫和休谟的哲学对爱因斯坦影响很大。
马赫认为时间和空间的量度与物质运动有关。
时空的观念是通过经验形成的。
绝对时空无论依据什么经验也不能把握。
休谟更具体的说:空间和广延不是别的,而是按一定次序分布的可见的对象充满空间。
而时间总是又能够变化的对象的可觉察的变化而发现的。
1905年爱因斯坦指出,迈克尔逊和莫雷实验实际上说明关于“以太”的整个概念是多余的,光速是不变的。
而牛顿的绝对时空观念是错误的。
不存在绝对静止的参照物,时间测量也是随参照系不同而不同的。
他用光速不变和相对性原理提出了洛仑兹变换。
创立了狭义相对论。
狭义相对论是建立在四维时空观上的一个理论,因此要弄清相对论的内容,要先对相对论的时空观有个大体了解。
在数学上有各种多维空间,但目前为止,我们认识的物理世界只是四维,即三维空间加一维时间。
现代微观物理学提到的高维空间是另一层意思,只有数学意义,在此不做讨论。
四维时空是构成真实世界的最低维度,我们的世界恰好是四维,至于高维真实空间,至少现在我们还无法感知。
我在一个帖子上说过一个例子,一把尺子在三维空间里(不含时间)转动,其长度不变,但旋转它时,它的各坐标值均发生了变化,且坐标之间是有联系的。
四维时空的意义就是时间是第四维坐标,它与空间坐标是有联系的,也就是说时空是统一的,不可分割的整体,它们是一种“此消彼长”的关系。
四维时空不仅限于此,由质能关系知,质量和能量实际是一回事,质量(或能量)并不是独立的,而是与运动状态相关的,比如速度越大,质量越大。
在四维时空里,质量(或能量)实际是四维动量的第四维分量,动量是描述物质运动的量,因此质量与运动状态有关就是理所当然的了。
在四维时空里,动量和能量实现了统一,称为能量动量四矢。
另外在四维时空里还定义了四维速度,四维加速度,四维力,电磁场方程组的四维形式等。
值得一提的是,电磁场方程组的四维形式更加完美,完全统一了电和磁,电场和磁场用一个统一的电磁场张量来描述。
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。
第十三、十四章 相对论班号 学号 姓名 日期__________________ ‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗‗一、选择题1.(1)对某观察者来说,发生在某惯性系中同一地点、同一时刻的两个事件,对于相对该惯性系作匀速直线运动的其他惯性系中的观察者来说,它们是否同时发生?(2)在某惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件,它们在其他惯性系中是否同时发生?关于上述两个问题的正确答案是(A )(1)同时,(2)不同时;(B )(1)不同时,(2)同时;(C )(1)同时,(2)同时;(D )(1)不同时,(2)不同时。
( )2.火车以恒定速度通过隧道,火车与隧道的静长相等。
从地面上观察,当火车的前端b 到达隧道的前端B 的同时,有一道闪电击中了隧道的后端A 。
问:这闪电能否在火车的后端a 留下痕迹? (A )能够; (B )不能;(C )火车上观察者观察到能够,隧道上观察者观察到不能; (D )隧道上观察者观察到能够,火车上观察者观察到不能。
( )3.K 系与K '系是坐标轴相互平行的两个惯性系,K '系相对K 系沿Ox 轴正方向匀速运动。
一根刚性尺静止在K '系中,与x O ''轴成︒30角。
今在K 系中观察得该尺与Ox 轴成︒45角,则系K '相对K 系的速度是(A )c 32; (B )c 31; (C )c 32; (D )c 31。
( )4.一宇航员要到离地球为5光年的星球去旅行,如果宇航员希望把这路程缩短为3光年,则他所乘的火箭相对于地球的速度应是(A )c 21=v ; (B )c 53=v ; (C )c 54=v ; (D )c 109=v 。
( )5.在狭义相对论中,下列说法中那些是正确的?(1)一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速。
相对论基础知识入门
相对论是现代物理学中的一门基础科学,它是描述物体在高速运动和强引力场中的行为的理论。
相对论的基础知识包括以下几个方面: 1. 时空的相对性:相对论认为,空间和时间是相对的,不同的
观察者会有不同的时间和空间观测值。
2. 光速不变原理:相对论认为光速是不变的,不受观察者的运
动状态影响。
3. 相对论性能量:相对论认为,物体的质量和能量之间存在着
等效关系,即著名的E=mc^2公式。
4. 相对论性运动:相对论认为,物体在高速运动中会发生长度
缩短和时间膨胀的现象。
5. 引力的相对论描述:相对论认为,引力是由物体在时空中弯
曲造成的,弯曲的程度取决于物体的质量和能量。
掌握这些基础知识,可以帮助我们更好地理解相对论的概念和应用。
同时,相对论的研究也对我们认识宇宙的结构和演化过程有着重要的贡献。
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相对论原文(网摘)论动体的电动力学大家知道,麦克斯韦电动力学 -- 像现在通常为人们所理解的那样 -- 应用到运动的物体上时,就要引起一些不对称,而这种不对称似乎不是现象所固有的。
比如设想一个磁体同一个导体之间的电动力的相互作用。
在这里,可观察到的现象只同导体和磁体的相对运动有关,可是按照通常的看法,这两个物体之中,究竟是这个在运动,还是那个在运动,却是截然不同的两回事。
如果是磁体在运动,导体静止着,那么在磁体附近就会出现一个具有一定能量的电场,它在导体各部分所在的地方产生一股电流。
但是如果磁体是静止的,而导体在运动,那么磁体附近就没有电场,可是在导体中却有一电动势,这种电动势本身虽然并不相当于能量,但是它 -- 假定这里所考虑的两种情况中的相对运动是相等的 -- 却会引起电流,这种电流的大小和路线都同前一情况中由电力所产生的一样。
诸如此类的例子,以及企图证实地球相对于“光媒质”运动的实验的失败,引起了这样一种猜想:绝对静止这概念,不仅在力学中,而且在电动力学中也不符合现象的特性,倒是应当认为,凡是对力学方程适用的一切坐标系,对于上述电动力学和光学的定律也一样适用,对于第一级微量来说,这时已经证明了的。
我们要把这个猜想(它的内容以后就称之为“相对性原理”①)提升为公设,并且还要引进另一条在表上看来同它不相容的公设:光在空虚空间里总是以一确定的速度V传播着,这速度同发射体的运动状态无关。
由这两条公设,根据静体的麦克斯韦理论,就足以得到一个简单而又不自相矛盾的动体电动力学。
“光以太”的引入将被证明是多余的,因为按照这里所要阐明的见解,既不需要引进一个具有特殊性质的“绝对静止的空间”,也不需要给发生电磁过程的空虚空间中的每个点规定一个速度矢量。
这里所要阐明的理论 -- 像其他各种电动力学一样 -- 是以刚提的运动学为根据的,因为任何这种理论所讲的,都是关于刚体(坐标系)、时钟和电磁过程之间的关系。
对这种情况考虑不足,就是动体电动力学目前所必须克服的那些困难的根源。