《经典时空观与相对论时空观》课件（1）.ppt

经典时空观与相对论时空观 一 惯性系 非惯性系与伽利略相对性 我们知道描述一物体的运动时 所选参照系不同 它的运动描述就不同 原则上这个参照系可任意选取 但是应用牛顿定律时却不可任意选取 为什么呢 见例子 相对地面时两小球都做自由落体运动 但a球相对于b球时 虽然受到力的作用 但还是静止的 牛顿定律在这里失效了 事实上我们称这个能让牛顿定律成立的参照系为惯性系 反之则为非惯性系 所有相对惯性系作匀速直线运动的参照系都是惯性系 所有的惯性系都是等效的 所有惯性系里的力学规律都相同 伽利略相对性原理 为什么 v 人因为感觉不到加速度所以并不知道车子是走还是停 抛出去的小球也表现不出其他异常行为 那么概括来说 惯性系是一个怎样的参考系呢 绝对静止或相对于绝对静止的参考系作匀速直线运动 这样的参考系存在吗 运动是绝对的 静止是相对的 牛顿引进了与任何实物都不相干的绝对空间和绝对时间来决定他的力学系统的有效参考系 如图所示 绝对静止的空间 均匀流逝的时间 绝对运动的自然存在 二 经典时空观 你能试着总结吗 1 时间与空间相互独立 不受物质与运动影响 2 同时的绝对性 3 时间间隔的绝对性 4 空间距离的绝对性 三 高速世界的法则 相对论时空观 1 问题是这样产生的 19世纪末 随着经典物理学的不断完善 尤其是电和磁本性的认清以及光的电磁波本性的认清 物理学家们认为宇宙中充满着一种叫 以太 的物质 光的传播和场的作用都是靠 以太 来实现 然而 1887年 物理学家迈克尔逊和莫雷却用一些精密的实验证明 以太说 是荒诞的 但他们也没有提出一套科学的理论出来 v车 v人 v车 c 对于这个观察者来说 车上人的速度等于车和人的速度之和 根据经典力学理论 同样的道理 在地面上的人看来 光的速度应等于车和光的速度之和 然而 实际情况却是地面上的人所测得的光速依然是c 怎么回事呢 课件 2 相对论及其时空观 爱因斯坦通过思考认为 一定是我们的时空观出了问题 为解决这个矛盾 爱因斯坦于1905年提出侠义相对论 两个基本假设 相对性原理 在不同的惯性参考系中 一切物理规律都相同 光速不变原理 在不同的惯性参考系中 测得真空中的光速都相同 这两个假设 第一个保证了牛顿力学规律在不同惯性系中的适用性 另一个保证理论与实际观测所得的一致性 那么 侠义相对论为我们描绘了一个怎样的时空呢 a 时间被延缓了 时间延缓效应 v车 d c 车上的钟走过的时间为t1 地上的钟走过的时间为t2 由此两式得 由于vt1 且v越接近c这种差异越明显 所以我们说 运动的钟比静止的钟走得慢 这就是时间延缓效应 b 同时 不 同时 了 同时 相对性 课件 v车 d d d s 光速不变 d s 则地面上的人看到光不是同时到达车的前后壁 这就是 同时 的相对性 c 长度变短了 长度收缩效应 一个物体 相对它静止的观测者测得其长度为l 静止长度 该物体相对于另一惯性系沿自身长度方向以匀速v运动 则在此惯性系中的观测者测得该物体的长度为 由于v c 所以长度比原来要小 d 质量变大了 质速关系 一个物体 相对它静止的参考系其质量为m 静止质量 该物体相对于另一惯性系运动时 则在此惯性系中的观测其质量为 由于v c 所以质量比原来要大 e 潘多拉魔盒 质能方程 原子弹 裂变 氢弹 聚变 核电站 可控裂变 高温全超导托克马克 装置 可控聚变 能量大 被称为人造小太阳 安全无污染 无放射性 中国目前的研究处在世界的前列 爱因斯坦生平 20世纪最伟大的物理学家 科学革命的旗手 1879年3月14日生于德国乌尔姆一个犹太人家庭 1896年 他进人瑞士苏黎世工科大学师范系 实即数理系 1900年毕业后失业两年才到瑞士专利局任三级鉴定员 这里的七年是他辉煌的科学创造时期 1908年兼任伯尔尼大学编外讲师 1909年离开专利局任苏黎世大学理论物理学副教授 1911年任布拉格德国大学理论物理学教授 1912年任母校苏黎世联邦工业大学教授 1914年任柏林大学教授和威廉皇帝物理研究所所长 法西斯政权建立后 爱因斯坦受到迫害 被迫离开德国 1933年移居美国任普林斯顿高级研究院教授 直至1945年退休 在美期间 1940年取得美国国籍 爱因斯坦是人类历史中最具创造性才智的人物之一 他一生中开创了物理学的四个领域 狭义相对论 广义相对论 宇宙学和统一场论 他是量子理论的主要创建者之一