相对论基础相对论时空变换详解演示文稿

03
麦克斯韦方程组
英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出的麦克斯韦方程组是经典物
理学理论的重要组成部分，也为相对论的提出提供了重要的启示。
人物背景
爱因斯坦
相对论的创始人，他通过深入思 考和实验验证，提出了相对论的 基本原理和数学表述，为现代物 理学的发展做出了巨大贡献。
马克斯·普朗克
德国物理学家，他提出的量子假 说为相对论的提出奠定了基础， 也为物理学的发展开辟了新的道 路。
详细描述
根据狭义相对论，当观察者以高速运动时，其测量到的长度会相对于静止观察者来说变短。这是因为 长度并不是绝对的，而是相对于观察者的参考系而言的。这
描述了不同惯性参考系之间的坐标和时 间的变换关系。
VS
详细描述
洛伦兹变换是狭义相对论中的一个基本概 念，它描述了不同惯性参考系之间的坐标 和时间的变换关系。通过洛伦兹变换，我 们可以将一个参考系中的测量结果转换到 另一个参考系中，从而解释了在不同参考 系中观察到的物理现象之间的差异。
04
广义相对论
等效原理
总结词
等效原理是广义相对论的基本原理之一，它 指出在小区域内无法通过任何实验区分均匀 引力场和加速参照系。
详细描述
等效原理认为，在任意小的空间区域内，我 们无法通过任何实验区分均匀引力场和加速 参照系，因为它们产生的物理效应在局部范 围内是相同的。这意味着在任意小区域内， 无法通过任何实验区分均匀引力场和加速参 照系。
对科技的影响
推动了技术革新
01
相对论预言的某些现象，如光电效应等，为技术应用提供了新
的思路和方向，推动了科技的发展。
提高了能源利用效率
02
相对论揭示了质能转化的原理，为核能利用和开发提供了理论

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7
“运动让你更年轻”
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运动尺度的缩短：观察者A和B 都带L0 着一把长为 直尺，B相对A 的v匀速直线运动速率为 ，其 方向沿着直尺指向（由左指向 右）。当观察者B从相对地面静 止的观察者A旁边走过时，在A 看来B的尺子变短了。
转换公式为：L第8页L/共021页1 v2 / c2
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美国核物理学家、宇宙学家伽莫夫将相对论引 入宇宙学，提出了热大爆炸宇宙学模型。热大 爆炸宇宙学模型认为，宇宙最初开始于高温高 密度的原始物质，温度超过几十亿度。随着宇 宙膨胀，温度逐渐下降，形成了现在的恒星、 星系等天体。
观测证据：大尺度结构星系的分布，宇宙微波 背景辐射，空间膨胀的哈勃关系，宇宙大爆炸 早期元素丰度等。
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广义相对论的其它结论和应用：
雷达回波延迟，美国的GPS全球定 位系统，中国的北斗卫星导航系 统，以及欧洲伽利略全球卫星导 航系统。
中子星的形成和结构、黑洞物理 和黑洞探测、引力辐射理论和引 力波探测、大爆炸宇宙学、量子 引力以及大尺度时空的拓扑结构 等问题的研究第1正7页/共在21页深入，广义相 对论已经成为物理研究的重要理
对于局限于惯性系（牛顿运动定律在其中有效的 参考系）的理论我们称为狭义相对论。
推广到一般参考系和包括引力场在内的理论则称 为广义相对论。
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狭义相对论诞生的背景：
19世纪末期 ，以经典力学、经典电磁场理 论和经典统计力学为三大支柱的经典物理 大厦已经建成。
两朵乌云： （１）迈克耳森－莫雷实验并没有发现“以
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相对论的宇宙观：
天文学是人类祖先在游牧和农耕

【答案】C时钟走得最慢，A走得最快。
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第二节 经典时空观与相对论时空观
【例题】一列火车以速度v相对地面运动。如果地面上的人 测得：某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，那
么按照火车上人的测量，闪光先到达前壁还是后壁？火车 上的人怎样解释自己的测量结果？
【解答】
火车上的人测得：闪光先到达前壁。
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※疑问解释——运动的尺子缩短
※
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写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
第二节 经典时空观与相对论时空观
一.经典时空观
1.惯性参考系： 凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。 2.伽利略相对性原理 对于所有的惯性系，力学规律都是相同的。 3.经典时空观（绝对时空观） 时间和空间彼此独立、互不关联，且不受物质或运动的影响。 4.经典力学的几个基本结论
①同时的绝对性 ②时间间隔的绝对性 ③空间距离的绝对性
【例题】以8km/s的速度运行的人造卫星上一只完好的手 表走过了1mim，地面上的人认为它走过这1mim “实际” 上花了多少时间？
【答案】 t t'
1
13.61010m in
1v c2
18 3 1 10 03 82
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※疑问解释——同时的“相对性”
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8
※疑问解释——运动的时钟变慢
不关联，且不受物质或运 量随物体的运动状态的改

(
根 据 伽
球 投 出 前
利 略 变
球 投 出
换后
c
d
v c v
t1
d c
t2
c
d
v
t1 t2
)
10
结果:
(
根 据 伽
球 投 出 前
利 略 变
球 投 出
换后
观察者先看到投出后的球，
后看到投出前的球.
c
d
v c v
t1
d c
t2
c
d
v
t1 t2
)
11
公元1054年,人们发现天上出现了一 颗“客星”,其耀眼的光芒,用肉眼在白 天也看得见.史书记载它在天空中停留了 22个月 ,产生了著名的金牛座蟹状星云 .
再有 t t
时间也与惯性系的选择或观察者的相对运动无关
“绝对空间”、“绝对时间”和“绝对质量”这 三个概念的总和构成了经典力学的所谓“绝对时空 观”： 空间、时间和物质的质量与物质的运动无关 而独立存在，空间永远是静止的、同一的，时间永 远是均匀地流逝着的。
牛顿的绝对时空观
牛顿力学的相对性原理
注意
牛顿力学的相对性原理, 在宏观、
低速的范围内,是与实验结果相一致的.
但在高速运动情况下则不适用.
举例如下页 所示： 8
对电磁现象的研究表明: 电磁现象所遵从的麦克斯韦方程组
不服从伽利略变换.
真空中的光速
c c v?
s y s' y' v
c
o o'
x'
x
z z'
9
例 试计算球被投出前后的瞬间，所发 出的光波达到观察者所需时间.