相对论时空观的内容
相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由爱因斯坦创立，分为狭义相对论(特殊相对论)和广义相对论(一般相对论)。相对论的基本假设是光速不变原理，相对性原理和等效原理。相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。奠定了经典物理学基础的经典力学，不适用于高速运动的物体和微观条件下的物体。相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。相对论极大的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”“弯曲空间”等全新的概念。
狭义相对论，是只限于讨论惯性系情况的相对论。牛顿时空观认为空间是平直的、各向同性的和各点同性的的三维空间，时间是独立于空间的单独一维（因而也是绝对的）。相对于一个惯性系来说，在不同的地点、同时发生的两个事件，相对于另一个与之作相对运动的惯性系来说，也是同时发生的。
狭义相对论认为空间和时间并不相互独立，而是一个统一的四维时空整体，并不存在绝对的空间和时间。同时性问题是相对的，不是绝对的。在某个惯性系中在不同地点同时发生的两个事件，到了另一个惯性系中，就不一定是同时的了。在狭义相对论中，整个时空仍然是平直的、各向同性的和各点同性的，这是一种对应于“全局惯性系”的理想状况。
宇宙的概念:宇宙是由空间、时间、物质和能量，所构成的统一体。是一切空间和时间的综合。 宇宙的标准模型概念:大爆炸模型，宇宙是在过去有限的时间之前，由一个密度极大且温度极高的太初状态演变而来的，并经过不断的膨胀到达今天的状态。
赫罗图的概念:这张图是研究恒星演化的重要工具，赫罗图是恒星的光谱类型与光度之关系图，赫罗图的纵轴是光度与绝对星等，而横轴则是光谱类型及恒星的表面温度，从左向右递减。
黑洞的概念:黑洞是一种引力极强的天体，就连光也不能逃脱。当恒星的史瓦西半径小到一定程度时，就连垂直表面发射的光都无法逃逸了。这时恒星就变成了黑洞。
虫洞的概念：“虫洞”就是连接宇宙遥远区域间的时空细管。
第十九章 狭义相对论基础
３１
３１ 第十九章 狭义相对论基础
§15-1相对论运动学
【基本内容】
一、洛仑兹变换
1、伽利略变换和经典力学时空观
（1）力学相对性原理：一切惯性系，对力学定律都是等价的。
理解：该原理仅指出：力学定律在一切惯性系中，具有完全相同的形式。对其它运动形式（电磁运动、光的运动）并未说明。
（2）伽利略变换
分别在两惯性系S和S系中对同一质点的运动状态进行观察，P点的坐标为：
),,(:),,,(:zyxSzyxS
S系中： S系中
tttuxx
ttutxx
上式S与S的坐标变换关系叫伽利略坐标变换。
（3）经典力学时空观
在伽利略变换下：（1）时间间隔是不变量tt。（2）空间间隔是不变量rr。
在任何惯性系中，测量同一事件发生的时间间隔和空间间隔，测量结果相同。
经典力学时空观： 时间和空间是彼此独立，互不相关的，且独立于物质的运动之外的东西。
2、洛仑兹变换
（1）爱因斯坦假设
相对性原理：物理学定律与惯性系的选择无关，一切惯性系都是等价的。
光速不变原理：一切惯性系中，真空中的光速都是c。
（2）洛仑兹变换
在两惯性系S和S下中，观察同一事件的时空坐标分别为：),,(:),,,(:zyxSzyxS
洛仑兹正变换： 洛仑兹逆变换
)()(2xcutttuxx
)()(2xcuttutxx 第十九章 狭义相对论基础 ３２
３２ 其中 22/1/1cu 或2/11cu
二、狭义相对论的时空观
1.一般讨论
设有两事件A和B，其发生的时间和地点为：
S系中观测： S/系中观测：
)(,AAxtA )(,BBxtB )(,AAxtA )(,BBxtB
时间间隔： ABttt ABttt
狭义相对论的三个时空观
狭义相对论是爱因斯坦于1905年提出的一种物理学理论，它涉及到了时间和空间的观念。狭义相对论的三个时空观如下：
1. 相对性原理：狭义相对论的第一个时空观是相对性原理，它认为物理定律在所有惯性参考系中都是相同的。换句话说，物理定律在不同的观察者之间是不变的，无论他们的运动状态如何。这意味着没有一个特定的参考系是绝对的，而是都是相对的。
2. 光速不变原理：狭义相对论的第二个时空观是光速不变原理，它指出光速在真空中是恒定不变的，无论观察者自身的运动状态如何。这意味着光在不同的参考系中传播的速度始终是相同的。这个原理对于理解狭义相对论中的时间和空间的变化至关重要。
3. 时空的相对性：狭义相对论的第三个时空观是时空的相对性。根据狭义相对论，时间和空间是相互关联的，构成了一个四维时空的连续体。观察者的运动状态会导致时间和空间的相对变化，即时间的流逝速度和空间的长度会随着观察者的运动状态而发生变化。这个时空观对于理解相对论中的时间膨胀和长度收缩等效应至关重要。
狭义相对论时空观的三个结论
牛顿的力学和相对论可以统一描述宇宙中的物理现象，并提出了一系列有关宇宙时空运动规律的重要结论。狭义相对论时空观结合了特殊相对论的共性，是现代物理学的重要组成部分。一般相对论提出了三个重要的时空叙述：
一、宇宙无中心。狭义相对论认为，宇宙没有中心，任何两点之间的距离都是相等的。宇宙中的每个点，包括太阳、地球、银河等，都是宇宙的中心，每一点都是宇宙的无限小中心。
二、宇宙是相对的。宇宙的存在是相对的，每一点都是相对的，它们相互影响，互相依赖，一个点的状态取决于另一个点。这证明了宇宙自身具有变化性，它不仅受到物理实体的影响，还受到周围空间的影响。宇宙不仅存在于物质状态之中，而且存在于时空状态之中。
三、宇宙是有限的。宇宙是有限的，它有起点和终点，但由于存在宇宙无中心这一概念，宇宙没有明确的起点终点，宇宙就像一个无限的圆圈，有没有边界？是的，宇宙边界是时间的界限，它是一个有限的空间。
由此可见，狭义相对论时空观提出了宇宙无中心、有限性、相对性的三个重要的时空观念，从而形成了狭义相对论时空统一论的核心思想，为宇宙中各种物理现象提供了一个统一的理论模型，解决了以前力学中存在的疑难问题，引领着现代科学的发展。
