爱因斯坦相对论.ppt.ppt

爱因斯坦和他的相对论 应用化学吴孟强2100481 爱因斯坦 1879 1955 美籍德国犹太人 他创立了代表现代科学的相对论 并为核能开发奠定了理论基础 在现代科学技术和它的深刻影响及广泛应用方面开创了现代科学新纪元 被公认为自伽利略 牛顿以来最伟大的科学家 思想家 1921年诺贝尔物理学奖获得者 现代物理学的开创者和奠基人 相对论 质能关系 的提出者 决定论量子力学诠释 的捍卫者 振动的粒子 不掷骰子的上帝 1999年12月26日 爱因斯坦被美国 时代周刊 评选为 世纪伟人 在1905年爱因斯坦发表了6篇划时代的论文 分别为 1 关于光的产生和转化的一个试探性观点 2 分子大小的新测定方法 3 热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动 4 论动体的电动力学 首次提出了狭义相对论基本原理 论文中提出了两个基本公理 光速不变 以及 相对性原理 5 物体的惯性同它所含的能量有关吗 6 布朗运动的一些检视 这一年成为经典物理学与现代物理学分水岭 1921年的爱因斯坦 爱因斯坦奇迹年 相对论 狭义相对论 广义相对论 光速在所有惯性参考系中不变 它是物体运动的最大速度 由于相对论效应 运动物体的长度会变短 运动物体的时间膨胀 以几何语言建立而成的引力理论 统合了狭义相对论和牛顿的万有引力定律 将引力改描述成因时空中的物质与能量而弯曲的时空 以取代传统对于引力是一种力的看法 1905年 1915年 1905年 1915年 佯谬问题 时钟双生子佯谬 相对论诞生后 曾经有一个令人极感兴趣的疑难问题 双生子佯谬 一对双生子甲和乙 乙在地球上 甲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 重逢时甲将比乙年轻 比如在这一对孪生兄弟20岁时 甲乘飞船作太空飞行 甲认为飞行时间只有一年 在其返回地面时 甲只有21岁 但他却发现乙却已成了90多岁的老人了 亦即乙比甲年老了许多 爱因斯坦的相对论认为 光速在所有惯性参考系中不变 它是物体运动的最大速度 由于相对论效应 运动物体的长度会变短 运动物体的时间膨胀 但由于日常生活中所遇到的问题 运动速度都是很低的 与光速相比 看不出相对论效应 狭义相对论 1966年 科学家在实验中测得 子绕圆形轨道高速运动时 其平均寿命比在地面上静止的 子的平均寿命长 1971年 科学家们又观察到了放在卫星上绕地球旋转的原子钟比地面上的原子钟走的慢得多的现象 这些实验证明了狭义相对论的正确性 同时也就间接解释了 双生子佯谬 这个问题 狭义相对论的证明 狭义相对论最著名的推论是质能公式 e mc2 它说明了质量随能量的增加而增加 它也可以用来解释核反应所释放的巨大能量 但它不是导致原子弹的诞生的原因 狭义相对论的副产品 狭义与广义相对论的分野 目前一般认为 狭义与广义相对论的区别在于所讨论的问题是否涉及引力 弯曲时空 即狭义相对论只涉及那些没有引力作用或者引力作用可以忽略的问题 而广义相对论则是讨论有引力作用时的物理学的 用相对论的语言来说 就是狭义相对论的背景时空是平直的 即四维平凡流型配以闵氏度规 其曲率张量为零 又称闵氏时空 而广义相对论的背景时空则是弯曲的 其曲率张量不为零 广义相对论的提出 1915年11月25日 爱因斯坦把题为 万有引力方程 的论文提交给了柏林的普鲁士科学院 完整地论述了广义相对论 在这篇文章中他不仅解释了天文观测中发现的水星轨道近日点移动之谜 而且还预言 星光经过太阳会发生偏折 偏折角度相当于牛顿理论所预言的数值的两倍 广义相对论 由于牛顿定律给狭义相对论提出了困难 即任何空间位置的任何物体都要受到力的作用 因此 在整个宇宙中不存在惯性观测者 爱因斯坦为了解决这一问题又提出了广义相对论 广义相对论 黑洞 四维弯曲时空 有限无边宇宙 引力波 引力透镜 大爆炸宇宙学说 为了证明广义相对论的正确 爱因斯坦求助于天文学观测 提出了三个可以用天文学观测来验证的广义相对论效应 第一 爱因斯坦用广义相对论解决了长期悬而未解的水星近日点附加进动问题 计算结果与观测符合得很好 第二 预言了光线在太阳引力场中会弯曲 第三 预言恒星发出的光谱谱线由于强大引力的作用会使其波长变长 也就是发生引力红移 1919年5月英国天文学家 物理学家爱丁顿和戴森分别奔赴非洲西海岸的普林西比岛和巴西的索贝瑞尔并在29日进行了日全食观测 11月6日 戴森在英国皇家学会和皇家天文学会联席会议上郑重宣布 得到证实的是爱因斯坦而不是牛顿所预言的结果 他称赞道 这是人类思想史上最伟大的成就之一 爱因斯坦发现的不是一个小岛 而是整整一个科学思想的新大陆 消息传遍全世界 爱因斯坦成了举世瞩目的名人 广义相对论也被提高到神话般受人敬仰的宝座 广义相对论的证明 由于地球公转引起太阳在天球上的视位置有一个周年运动 即每天的同一时刻太阳在星空背景上的视位置都不同 要移动差不多一度 全年正好移动一周 所以 白天出现在太阳背后的星空 几个月前或几个月后 将在夜间出现 因此在几个月后可以拍下日食时观测的天区 对比日食时拍下的太阳背后的星空和太阳不存在时的同一星空照片 就可以测量出恒星位置的偏离 广义相对论的证明 对爱因斯坦引入的这些全新的概念 大部分物理学家 其中包括相对论变换关系的奠基人洛仑兹 都觉得难以接受 旧的思想方法的障碍 使这一新的物理理论直到一代人之后才为广大物理学家所熟悉 就连瑞典皇家科学院 1922年把诺贝尔