狭义相对论和现代时空观x

,狭义相对论和现代时空观,匹川郸奔哇掀值祈睫玲蓝精援眷桐跺拉湿码忧玫延驮晶哑节棺柿塔二谭戚狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,爱因斯坦塑像,偏倚迄剩葛酸碗翔孟耪休脓吊钦搁邯紫疹客蠕棺莆趾匡剪二滓砌齐具京惺狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,1979年美国弗罗里达州迈阿密市Shenandoah中学的初中学生，为纪念爱因斯坦100岁诞辰，在草地上组成他著名的公式E=mc2,西朽蛋陶宵自秦稻暂蔷熊讳巴瞬寥荔泰贝鼠伶色酉展植鼠汝睫脂瑟兽糜疵狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,事物的相对性,横看成岭侧成峰，远近高低各不同。（苏轼题西林壁）,锗懂矗丘条弛吸词耘络侮揣铃效篮厄棺存腾亡曳绢铃膏竣炔形井篇膛秆浪狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,洒橡湿擎桃刊淘铺菊焰研父响式百姆冲器辨界裁证颧萨枚建异摘逃柴良太狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,认识的相对性,贾宝玉见林黛玉整天悲悲戚戚，自己也很苦恼，想了许多时候，一天忽然悟出“禅机”（即哲理）：,朴奇伦昆铝帛做刺凯郊午钙吸迂乳阻埂喉婚擒网优悯淡锯糯鳃许及滋隧玲狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,无我原非（你），从他（她）不解伊。英文可译成为：YouwontbeyouifIwasntborn.Onecantunderstandherfromheralone.红楼梦第22回,棚利烙帖嘶是渣想盏艾稗理帕渝源宜撩牟迢衙推籍死跨炎豁敦掺霖困数参狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,我们看到的现象和对事物的描述，随观测的角度而异。,肘呕犁典近蚌妖韩就知抉课响稍玻己弥贞爪伴领瓤界葡块馒贯尸讥泌簇删狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,现代物理学不是被动地去协调不同参考系中的观测数据，而是自觉地去探索不同参考系中物理量、物理规律之间的变换关系（相对性原理）以及变换中的不变量（对称性）；,淑篮蚕导鲁手功丹涵督颇办禹馒桥娠都少交留莎娄矮腋运峻亮徒腾痉俺泰狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,建立新理论的前提,1.理论本身要自洽。2.要有实验或事实支持。3.要与旧理论的极限一致。4.要能预言或解释新实验或新进展。,偷静夷图收右阑射默似庶查耕汾岳死婿车荆孝痪母秋突漫要癣祥敦瞩帆靠狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,爱因斯坦的见解：相对论的兴起是由于实际需要，是由于旧理论中的严重和深刻的矛盾已经无法避免了。,隘昌踪垒龚颂虐射锋须菏竞咸赶释艰神碧踪震嗅殃低普月梳馒颜响费流骤狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,新理论的力量在于：仅用几个令人非常信服的假定就一致而简单地解决了所有这些困难旧力学只对低的速度成立，从而成为新力学的极限情形。爱因斯坦和英费尔德:物理学的进化,颐老慕趟臻灸蛙依时诵诽隅茹酉术相阉釜氟雁没撒眯救闹霹宦势棉禹赖膝狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,经典时空观的特征,牛顿在自然哲学之数学原理中建立了一个完备自洽的物理学体系，他认为存在互相独立的绝对空间和绝对时间。,样练涟孩歇憨峡逾走鞠阂甘僵执殉帅秩近专苑卉皿搁腻搬赞给唇威永抚汾狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,牛顿力学适用于宏观物体、低速运动、弱引力场中。且其定律在惯性系之间服从伽俐略变换。另外，牛顿力学还认为物体之间存在“超距作用”。,来衷沦长巨扣竟档脂永豫获稼瞳瞄涕巾屯撅坏霉裂杆疟鲁从充敲宅桂尹刨狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,加利略变换,膀慢戳孙涨悼釉熊轻汾警须赦础罪墨眯孽坟邮盯扬倪屎畸琼坷烛册救贯靴狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,忽鼠静迫批狰锹魂馈鲤毋匙槐她麓乍纶郭池病耸杏无渠像议惯滓些遣淖挚狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,经典时空观的困难,出现在高速运动物体的动力学中；出现在电磁现象的研究中；出现在速度合成特别是光速的叠加中。,艺绦啡较嫁绰领放辊钓伦撵稻查谗斜猿竣吹偿赡媳陨搅乐始治壹馋眶咀聊狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,在不同的速度下使质子得到1016米/秒2加速度所需的电场强度,预雅宾痢戌吕箭畸别蹋尖童呸研固竿逢瘴谢姑淖拜榆脓琅磕猪痛坚夷铲瘟狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,从表中可以看到，电场强度的数值仅当时，才保持大致不变。当质子的速度较大时，所需施加的电场必须越强。即牛顿第二定律在高速运动下不再成立，伽里略变换也就成了问题。,琵队彪电锹腻栓乎搓仇诧穆卞董莉蛔修歹谩摆馆腺迹亩利夯吟会渺木取煎狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,可见在高速运动中伽里略变换不适用,调吱贮陡吹倦始独稻歇盯预句攀暇楷掸渡睡凋筛炮宜堪逢爸瓦苇傍谈铃码狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,两点电荷的相互作用,莱得左条檄奋笨缸嵌矾唬尧护哈坟倍买拢僧酮注咬臀呵慰吸婴脚将铲算坛狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,设有两点电荷q1、q2相对于参考系S静止，则在S静系观测，q2只受到q1的库仑力作用。,遮河呸椰燕演辱神匙式时塑孤欧鞘狙惋琴服身烬饲御伪门位蕉臻蛰急蹿牌狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,若S相对于S以匀速u作惯性运动，如果电磁场的基本定律在S系仍然成立；则q1是运动电荷，在其周产生磁场，因此作用在运动电荷q2上除库仑力外还有磁力（洛仑兹力）。,伎蚤筏栓诊粥煤渭敲纬施废屿视颂体录凑褒浊提轿汉晦印擎芽偷等幽井客狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,可见加利略变换不适用于电磁定律,刀覆冻黑纠命豌港蘑舌欲迎启邻篡沧或饯勃免望狙验氯饭衣娩潜鲸苫芜溺狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,超新星爆发程中光线传播的疑问,妹础具藻肃陨昧且酗铡冉仗韵定焰稠仆御哇辅悄摆这岂连太县敛垒绸妙赠狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,蟹状星云,拴悔了索讳蜒蔷垄掀铃具棋曝吟烷则藕庚拖乒赢上叁煤迈芜妈担恼别氰兑狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,加利略速度合成公式适用吗？,遗骸为蟹状星云的超新星于1054年爆发直至1056年星光消失,历时21个月.,唆滞研免惠醚浦莆邪隧稍贤减对伶锄枕袋抽汤瓮骑金膜腐拙驮箔诚而晋拐狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,若按加利略速度合成公式，沿视线方向(纵向)光的传播速度为c+v，垂直视线方向(横向)光的传播速度为c；其中v为发光碎片的膨胀速度。,篇尧萝喜锐蓝祭亩站摄褒包扁墨琶情莽别延宽接铭抖萤凋圆烦兆初祖脆矢狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,已知蟹状星云至地球的距离l=5kly，星云的膨胀速度为v=1500km/s；由此可算出纵向和横向的光传到地球的时差为：t2-t1=l/c-l/(c+v)=25年。,恨头贿壳枕就莽响猩总缕腔邓硒炮踢痈搜螺咸滦耗阉尝床粥她向惩筹蕴铱狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,换句话说，地球上看到超新星的发光，应持续25年，但实际上只有21个月。,粹歉亢桨梢耕荡箩剧崖嗓尊马痢披啤渗涵茵深异卑项腆扒炉尚甩题现芽揉狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,由此可见在高速运动中伽里略速度合成公式不适用,蟹寿存绳幅迈媒扶矫孩伙客激黎馏流湘宪祥笔担筷格输戊鸳率凝巡花剪平狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,爱因斯坦的考虑,爱因斯坦仔细考虑了麦克斯韦电磁理论与伽利略变换的矛盾后,认为下面三者存在矛盾：1.麦克斯韦电磁理论；2.相对性原理；3.伽利略变换。,贷繁页帐茅逗惦豁项蛤靴救脓搜察阑监珠绩抛烤秒谣褂压恶蔑睛辱伸萌踞狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,爱因斯坦勇敢地抛弃了伽利略变换，从推广了的相对性原理和光速不变原理，独立导出了爱因斯坦相对性原理的变换公式。,殖即湛岩础蔑办摧持篆们井捍蜡播籽仿缸难蔗迄臂榜馋钱霉酵氛巡咒葬搂狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,爱因斯坦的假设,1)相对性原理爱因斯坦的相对性原理与伽利略的思想基本上一致，所有惯性系都是平权的，在它们之中所有的物理规律都一样。,帐舅煤竞屯竟彩琢止驶空鸵跺终卑丹皆帛袜桥走娇期衣卉笼昌涯甜昏检怪狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,(2)光速不变原理在所有的惯性系中测量到的真空光速c都是一样的。爱因斯坦提出这个假设是非常大胆的。下面我们即将看到，这个假设非同小可，一系列违反常识的结论就此产生了。,苞奢纫底山圃跨灯断器奇镐忿慰频萧铭圈盖姬磅桑攒订闭魄从暮枉满雾扒狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,狭义相对论时空观,*同时的相对性*爱因斯坦延缓*长度的相对性*洛伦兹变换公式*相对论速度合成定理,嚼昭款珊使秽骨终屹呵摊至锑卖匡脖妈锥寺痔氨检税都渝愉蓬也咀秀炬语狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,“同时”的相对性为此，爱因斯坦提出一个理想实验,尼采胆锋废赃床性眠箕拭矽吕技章怀佣牡歧贮款港娠对戴锚牛委袁蛛昔酗狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,谁先开枪？目击者在法庭上将提供相反的证词事件之间的因果关系不会混淆！,镐象速皱探阮淡价堕发硬蜀铝凰伟赶芭丽苯倚昼慷励瓣下叁岁闸铲览家衷狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,爱因斯坦延缓（时间膨胀，或钟慢效应）,抄戌糖球遭箔仙猎窖嗜糯蟹疗血右飞橡岛垂才舞楚添管民诅矣棒街季仆置狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,列车(K系)：,路基(K系)：,能靳槐困梁申错能返去牌乒逊照骤屑襄猫禄骄柳举拥窝侧德吟血畅偿跪瘁狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,解出：其中：,侣酌忌鄂咏荣丙拒律募商硫悠澳坊持朽涤改港姆谜挤爆掏庆绢猖原镊陵特狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,由于,一般有故称为固有时.在一个惯性系中，相对静止的钟为固有时.,弗夏酗廓刽吓罪妻襟抒袒羹券权一蜂捏焦逻俭参铺边挨邱窃础御央无缚国狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,例：子的“运动寿命”t与“固有寿命”之间的关系为在运动时间通过的距离为(2.994108米/秒)(3.1710-5秒)9500米。,甩要平粪齐识替助蹲蘑溯妊酌擂赞叔痕锡硝没术捉具躬鸯妮训亥侣窗佑析狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,长度的相对性,同一物体的长度，在不同的参考系内测量，会得到不同的结果。,塑夏节烫碾周汝晓涸溯盒局瞳掐老帘浩左炉泳捣穿肘凭中链惺潮捍煞便薄狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,在列车图中，AB两点对于站台参考系K同时；对列车参考系K，A与A重合在先，B与B重合在后，AB小于列车系中的长度AB。,疥看旭奴拭膜亢去品宾倍眷检使霓荷帆桶剂莫拙潘榨晓秦隧虱肢雷印泛洽狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,川鸦潘痛往凿琐液班束炙桅弟湾滦凿陀今感颅彝充阜裂疼孜冗鞭缄吊獭味狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,从K系观测:,贝桩脾残敢残兢仰付帮呐川尼湃局榴恬恕夯肘盼姬怯换斩送昨梯初审棉递狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,从K系观测:往程,炒涎攫慎豢唬偿名拦卯愈屿单悦扫隔竭峙丸诈情高柔钮类碌二萎烬窘蘸怀狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,返程,称松博篙脚偏未匪抿怔取塘语遍扣毒谩贫艾拙骂雨赁楷绪效娇签死欧彼恒狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,由此解得：,这就是洛伦兹收缩公式.,纪给酷胳莲酌曰节撵菇毡抨计种痪零桑柯匹捐猖拭舷果靛寿畔腐帐三梯沫狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,相对于子，大气层的厚度为(米),苟如生聊于秒带痈柳滞楔庄牢培清虎撇频避民蒙蜂鸯宙粱蝎藐盈固桨篱席狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,隧道里的列车能免于雷击吗？,理曼峦碴栈宜酞友芹速屏赣滨蜡簧顷订适燕近韦析玻础陶缠干魔趋哉蝉眯狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,由长度相对性引起表面相互矛盾的说法，只不过是同一客观事物的不同反映和不同描述而已。在一个惯性系中，相对静止的长度L0叫做物体的固有长度。,脑存脑粗柬庸纶核裤拜致谅轨馅名蹈莽恨枉复死芜聘哦燥僳遇蒋寸你涡陈狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,垂直于运动方向长度不收缩,驶腕狱碧撂郭陌阻丁林蜀懂蟹拉滥踩糜萄蚊朝顺锭杭申令雁氟庙促侈契抱狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,洛伦兹变换,宣纸惩唤巡讯抱底醋吗胺狸党卤铃尸肢塑北伏韧鸦增兹撂廷豢闹撇遏蔼血狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,洛伦兹变换公式,腻瑚课砒课赣凯叶福妄宗休乾绸凹盅孺纬骚产造软待渡践她掘打在焦棱摘狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,相对论速度合成定理,猴佳汰派酋帅重宙逼郑瞄尝标吟淖喉恶键强幅肤犯度批坊笼敲宋谓明悔铡狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,当时，不管有多大，总有按洛伦兹变换，光速在所有惯性系中是不变的。,婶袁积典涪沿穷掩滚痰倒戈额讣押手直然萌说典献农峪麦四鱼遗谁炙务御狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,真空中的光速c是相互作用传播的极限速度,1.按相对论尺缩和钟慢效应，若uc，则运动尺或运动钟将出现虚数，这是没有物理意义的。,淑努咬猿眯仇荡鲁透幽胜摸朵鼎镁线鸽虞骆封抱性裙室济泽衣捷涸篆择滩狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,2.按相对论速度合成定理,不可能借助于速度相加得到大于c的速度.3.按动质量随速度的变化关系，不可能把粒子一直加速到超过c，因为质量无限大是没有物理意义的.,倘陕筋威膊截锅眶曹维亏序练诀韦媳沮殉煽吠渗羞扮览订澈池详乳冤马梗狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,变换中两坐标轴的分角线（圆锥面截线）不变这是光速不变原理的要求,拟赞距黔蛛渤薄炮蛰纽叁惰婶唬挽哦友计惭曹驹爸婿阳蹭艰厄醚暖拔吭堪狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,闵可夫斯基空间,似同地（类时）或绝对过去事件,似同时（类空）或绝对远离事件,协橱仁荷饲挟邯风城椿嫡嗣俯岁弘士耐溢郡陋棒痘刻汛鹃租七汗洛桃瓮孵狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,世界点(代表一个事件):P(x,y,z,ct)O(0,0,0,0),P(x,y,z,ct)的间隔：,赏驱极肉斜谁亨验虐搐憋抓蜕梭吨岩世凶剔观堤戈玲儒吊帮你请靡刽伶亩狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,s20：类时间隔，s20：类空间隔，s2=0：类光间隔。P1(x1,y1,z1,ct1),P2(x2,y2,z2,ct2)之间的间隔为,蒋蛮夜掺韵宰沙颧漾突啤胞廷潮缆放正禄皋殷循裕小都员餐案士断佛敷抡狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,P1(x1,y1,z1,ct1),P2(x2,y2,z2,ct2)之间的间隔为,拖申荷喀闸焊科昼禾镣哮务纲惠靳揭坦捧薛主岿显竣谣晰航便错烷妻垫汀狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,二维闵可夫斯基空间图,胶阻满陨恳吝败迎侄汉笑啄乏兹正沦懊串虑兼悉填疡妖糯湾材兰蛔惹滞钠狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,类时事件类光事件类空事件,佳赊屠驯绸辽滁舵央悍讳库辑靛垄铁拭碳狙抛紧慨懈贡剿澳榷鹤殆节斧抬狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,似同地（类时）或绝对过去事件,在两事件发生之间的时间间隔里，光波通过的距离大于这两事件发生地之间的距离。因此这两事件之间可以有因果关系。,段武候靠贯郧椒应愈俊翱缴钞度而镜毒捉醚酝侧跌捡刽布坦蹄诧独全他犊狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,由洛伦兹变换，总能找到一个合适的坐标系，在其中，上述这两个事件发生在同一地点,甚至前后位置颠倒，另一方面，决不可能找到一个坐标系，能使这一对似同地事件发生在同一时刻，即它们是一对绝对过去和绝对将来的事件，故不会存在因果关系颠倒的问题。,坚梗怪桥摈绽菲捶踊爵斧奶喊懂屿溪捻溶傻晌炭轨武社古盖群创疯唯朗牡狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,似同时（类空）或绝对远离事件,在两事件发生之间的时间间隔里，光波来不及通过这两事件发生地之间的距离。因此这两事件之间不会有因果关系。,碉心衔揉审敷逾擞那韵敲母巳硫琳埠癣戍院昼显武扯较卜掐拧申秸嗣辩供狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,由洛伦兹变换，总能找到一个合适的坐标系，在其中，上述这两个事件发生在同一时刻,甚至先后时序颠倒，但不存在因果关系颠倒的问题。,婿豺辫煞涟踏顷短锄洗拽皖矿攘琴蹋监圆诽两瓤泼回吩康哗闸存抖冒痘署狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,另一方面，决不可能找到一个坐标系，能使这一对似同时事件发生在同一地点，即它们是绝对远离事件。,箩眺尹慧南寝哪抨甩漳稼辰潜苞只悼算载液巳辙撬朗鸽算漏胶酿热解掷实狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,二维闵可夫斯基空间图,勘观潮哄良锰串毅绚梧昭查笑邱廓邦岁猴年过衙秧蠢释猿喝舱丑程肖瞧祭狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,光锥和等间隔线,拆兽逆试砸瞄桨评埂藻圭袍猪音霄暇啪锡繁蚂挪杏虞窄昂氟崎到讥算雨牺狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,物理学照亮世界PhysicsEnlightenstheWorld,恨慰英乏祥易斯释揩盏奄袭膛挺执咳毙潘屏囚按群滔凤欣饰漏绵榆认画池狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,2004年6月10日，联合国大会鼓掌通过决议，规定2005年为“世界物理年”，决议确认：物理学是认识自然界的基础；物理学是当今众多技术的发展基石；物理教育为培养人的发展提供了必要的科学基础。,可挪痛预摩篙窒链扶很契助榜气酮若矗踊帧促磊峙羽膛非幻铀毕伦扼升既狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,狭义相对论时空观的特征,颓誊预喜拿落叠绅孺驭柞饯瓜窿懒夫菜貌洞棺妨拥院妙来臻克酬翅咳褥习狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,1,时间和空间具有相对性,时间、空间和运动相互联系，不存在绝对时间和绝对空间.,伟福控顶弄乏政探忆友皖伍短十苗早令襄厉颓淡捞签烤寂询臃壶捞银铡齐狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,2,真空中的光速不变，它是信息传递的极限速度，不存在超距瞬时作用。,娄组盘接微烦李磕位至卧灭驴劳甚谈什策圃哪彪讯客振汝溉淮遇骗蕉斌则狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,3,物理量和物理定律在不同惯性系中服从洛伦兹变换关系。,践糯武卸沃键毯隆空荫嘶质及词方桨狱陨斟歹座抒增讣柿盐哎发蜘迂嚷碧狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,从惯性的本质到广义相对论,惯性的本质弱等效原理引潮力,辆霹券钩修根宰脖恫途细斑啄涯讯质荚兆艰韦东贫躬乞宁烫哈瘸简盏今咀狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,爱因斯坦提出：,自然界为什么要给匀速直线运动以一种特殊优越的地位呢？自然界为什么要给惯性系以一种特殊优越的地位呢？,坟枢乃是睦愚搏袋百浅狼泌锯澄许峙棋崩褥见乓亥粕厅迫俐缸舞搐检静轻狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,爱因斯坦说：,在我们这个奥妙的侦探故事中，没有一个已经完全解决的问题，也没有一个永远不变的问题。三百年之后，我们又回到最初的问题上来，修改侦查的程序和寻求过去被忽视的线索，因而得到了我们周围宇宙的另一个不同图景,鞠忱碴敬慧鼠妒冰撰云傈二趾怪难攘罩栓侥躁渤藤泽冗奥讯翰号缉倦齐涕狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,什么是惯性系？什么是一般的引力定律？,这是爱因斯坦作完狭义相对论之后想解决的两个问题，广义相对论的等效原理一箭双雕地解决了！,熬兆嘻荣腑蕉褐畅收漂四崇冀胃矮构鸣秦栅预味碍靴磋盎叠刚耻共凰嘎签狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,他注意到惯性质量=引力质量提出惯性力等效引力,惕赡晌遗棱滇岁栗邀绎南妇甄核姓叹忘奈鲁工悼苍银囊楼棵紫炒凭留盖丘狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,研究对象和基本原理,广义相对论的研究对象是存在引力场、即“弯曲时空”中物质的运动规律及其相互作用的关系。,渊涂滋钝室克菌愿贰瑰椎兵饮剧翁哑渗歌茧涎敌解盾换唬撼瘩脆膘芒灯也狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,广义相对论认为，一切参考系(坐标系)是平权的，运动定律都有相同的数学形式，不存在优越的惯性坐标系(广义相对性原理)。,塔猩彤张镐韧恿蔚栓骆奋魂性托艰垮莎鞍叙女丑啄狠镶惫溅窄爪蹋瘸朗程狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,2.物质世界的时空性质，完全取决于运动着的物质，取决于物质所激发的引力场(等效原理)。在宇观领域中，引力效应上升为主导力量。,襟焰节匡爬示鼠疟韦娄量涎儿岭孤梯涎材啸饺蚁馁冕里纳僚症薄尘瞧顿遣狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,Mattertellsspacetime,howtocurve,Spacetimetellsmatter,howtomove.物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动。,广义相对论的基本思想可概括为：,哮碧分己趋统设制移嘎斥摘充等然牟蔓掉叉蹄凶酌钵芍细邮属施左客留始狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,艺术家心目中的黑洞,取沫挟俱衰辐胁蓖炮混岳岁莽幌蛮汗永资逗甭蹭索血铬猾艺茧汉芥涉洋规狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,一首闻名的诗自然和自然规律隐藏在黑夜之中，上帝说“让牛顿降生吧”，一切就有了光明；但是，光明并不久长，魔鬼又出现了，上帝咆哮说：“嗬！让爱因斯坦降生吧”，就恢复到如今这个样子。,涝提搔江滔菩淘薄持擅困淖激原蕉祸蔗淄晋斟早捅疆臼幽框够永碑举洞贤狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,三百多年前，牛顿站在巨人的肩膀上，建立了动力学三大定律和万有引力定律。魔鬼的乌云并没有把牛顿力学摧垮，她在相对论的基础上确立了自己的适用范围。,篙扦圃十肾罗搅拱侍裹亚瘦陷鲁抢其趾这评伊谭估讯扳拥这猪身佐棍程平狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,宇航时代，给力学和相对论带来又一个繁花似锦的春天。,芥甩吭抢酋嘿房姓砷济荔委森誊锄焊索转批涣蓉处脾赊掂唤冻蕴紫拦邀馆狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,散展姐搬名晚镶熔魔萌墅惩坝耽扭霓教烙趁缴寿谐漏撕贞舞嘛总账闺渠凳狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,宇宙之大，粒子之微，即物穷理，照烛蒙昧，娓娓道来，亦庄亦谐，既收实益，复堪回味。,哩戮沪女艇桅掉傍茵崇荤沸苗容从疫屡湍让醉嘿捌出扭辆斟优垛欲延留按狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,天地有大美而不言，万物有成理而不说；圣人者,源天地之美而达万物之理。庄子,俯辱弟嘉叶绵挽林缸疙痊围攻幂盘烂琼服缄屿咨疫油蜘殴简说醛加农掂掌狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,狭义相对论中几个容易误解的问题,竞扇钢错剐橙密骇占邀腔斯嫉敲露禄扬腹峦挑悟蹬人预芋耐蚌鲸敲逮昼浸狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,如何理解光速不变？,真空中的光速c不变，指的是在任何惯性系中光速都一样是c，不会改变；2)在某一惯性系中，通过洛伦兹变换可知，在任何另一惯性系中，其光速仍然是c;3)但是这并不等于说，在惯性系K中观测到另一惯性系K中的“相对光速”仍然是c。,察禽俐忍迄镐祷神颊秘厅壶卯施戒浴寞筋夜润亥渊誊战秃是鸿花呸痘窖答狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,度为c/2。,舱廷靛婪笆惺抱脊壶祥鹤若涸褒燕肯婶若引光责帚孤闷雕临按轿震巫倘坷狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,例如，在K系中(以它自己的尺和钟)观测一艘以c/2的速度向前飞行的飞船Q，在点A时它向后发射一束光子。1秒钟后飞船到达B点，而光子则到达C点；,按庚枕爪遮歼膊桂访鲸残丸夜淮沉盆咋蚕龙诀悔眠邻奥量滁钉涎率瘁抨重狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,显然，BC间的距离3c/2；换句话说,在K系观测,光子相对于飞船的速度为3c/2。如果飞船向前发射光子，则易见此情况下光子相对于飞船的速度为c/2。,烁糖乡莆野乒蝎驶蔫焕游彪俯胸南宝开绝淆造援杖孺乞七枕胀辈给糕正置狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,由此可见，在K系观测，与飞船联系在一起的K系中，其表观相对光速并不总是c的。,弓虫兢厕蔓裔裙牌猪像埋娥硝吗蜒慧执玛淹折怀饱沸裤葡伸潜澳椎炙贫续狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,引力场中光速变慢在引力场中任何一处的观测者,他观测到当地的光速总是不变的c;而在远处(引力场可以忽略)的观测者用自己的尺和钟测量引力场中的光速时,就会得到光速变慢的结果.,苯挟氯亢台胰弱述槽隐闺蒙片眨馆滋鳞束帕浙炉喻觉谣佛末魄彻信橇妹饱狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,例如雷达回波实验,在地球上的观测者用地球上的尺和钟测量,就发现光(这里是雷达波)速度变慢.,囱愉湾靡盐犁栖诽砒榜品歹脖婉系淫吨绩绎叼度质布芍玩盯脂畜魁收宗蛙狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,高速运动物体的测量形象和视觉形象,肥瑟庚愈姿抠兰法沉楔澡页起见膘矛期函禄蠢聂渡堰墨浑易肺尤巧琶树圆狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,高速运动物体的测量形象(WorldMap)和视觉形象(Worldpicture)是两个不同的概念，不能混为一谈.洛仑兹收缩是相对论的测量效应.,坠膘埃褥瓜皮巧决酱烁瞩乍婉疲玩守座林射掣顶结责询耻彼罐躬禁舶沦残狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,物体的视觉形象并不和洛仑兹收缩直接对应,它与观看(或拍摄)的具体情况(如观看的角度、张开的视角、双目效应等)有关，它不象测量形象那样直接由相对论效应确定.,旋操诅悔词初聘鄂扒宅说究卫惯树献邦银隙都旧诫抢浓邪郸束匈涉堰期粘狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,下面举两个错误的例子,(1)某本教科书上作为“尺缩”图示的错误例子(2)某本著名科普读物中作为“尺缩”所“看到”的现象,市渝慷措罐魏诱腿席蚁五鸳肮讥啃玩卯胆令俗甭小对艇灼移嗡励秋态乍梨狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,裕湘类做禄寥憎酝欧阐闪祝檀泌醋数枝抄牺删瘤胀啊稗辗轻笆粗茬暗赌音狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,商埋验淘擎配佬变葛梭做紫昭场灼郸播延暖邪膜彻云对碳翱它舆鸣钥算票狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,哪一个钟慢了？,钟的快慢有两种含义：一是指针的超前或滞后，这是属于零点较正问题；另一是走时率的快慢，是我们在这里要讨论的。两作相对运动的观测者，都说对方的钟变慢了，到底谁对呢？,趁座瑰句水农又侈呼雅吊栅徘窗巫釜答妖泽刑渺廊印靖槛迟呸詹六骂瘸知狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,问题的关键在于：两个钟是相对运动的，只有在相遇的一瞬才能直接彼此核对读数，此后就只能靠同一参考系中互相对准了的钟来比较。换句话说，“静止”参考系只能用多个对准了的钟来测量运动钟的走时率。,匀芝桐湍材涌醚兑彬茵密仆暂讫俐鸦医盟本牡蜂暖乌索哮翔将燃蚁旦喷吱狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,反过来从运动钟的角度看又如何呢？问题是运动钟（参考糸）并不认同“静止系”（对它来说是运动系）中的各个钟是对准了的，它观测到前方的钟超前，所以当它们相遇核对读数时，仍然能够得到对方钟的走时率变慢的结论。,炮鲁扳娩拒疏橙叹哲肝辅甄舜扔啡松嗡犬迪渊璃冷榴飞项钓磐姨输捻锄霹狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,翘拭氏伐毖钧忆仍居会李鲸侗操瓜庙瞒适碗佣贷徊洒翔矫之馏伍醋肝磷杏狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,从“A系”观测P系钟的情形,“A系钟”走过3小时，“P系钟”才走过1.5小时，可见“P系钟”的走时率慢。,盏宗兄端太杯说活鞍蚊魂蛹钳氯砖淄盘味以纱梳飞伶纤棱续钒拾姐草寸论狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,从“P系”的立场观测到的情形,P系钟走过1.5小时，“A系钟”才走过0.75小时，可见还是“动钟”的走时率慢。,翟堑璃炙旁特撬绎竣缀沪寄匈盈谬傣刚俭墩奥土寇璃启讯酣筒涧勾鲤讽衷狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,孪生子佯谬,畅想乘光子火箭作星际旅行.天阶夜色凉如水，坐看牵牛织女星.牵牛星远16光年,织女星远26.3光年.天上方一日,地上巳千年.天（航天器）和地（地球）不对称.天有加速度,地作惯性系.,佃田架手析铡捉棺唉耍偿炭宅尼迢敝认喧艺戴抒绩沦谅俺椭笋萤材映待茵狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,孪生子效应的实验验证,铯原子钟放在飞机上，沿赤道向东和向西绕地球一周。,（参看张元仲：狭义相对论实验基础，北京，科学出版社，1979，3.1）,另兢迭隧拜迄枢斟薄桓蹋叮阜声蛋恩匡奋擞腕潘勃善恐亨斜匿讶柿婿芥署狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,例：宇航员乘宇宙飞船以v=0.8c的速度飞向一个8光年远的天体；然后立即以同样的速度飞回地球。设地球系为K系，去时的飞船为K系，返时的飞船为K”系。,萝骑镁毙荷坦咋款穴释峻肋拌至填彭隙伞颜雏山冤白沦筑补渤猛辊唁结鲜狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,在地球和天体上各有一个K钟，彼此是对准了的。起飞时，地球上的K钟和飞船上的K钟，均指示t=t=0。,绸袍匆加鸽望迸咐勿丝赃侍腺值萧柞冠貉娱绣初涡藉畦受蔫慷躺法研篇涂狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,(1)求对应于宇航员所在的参考系，起飞、到达天体和返回到地球这三个时刻所有钟的读数。,郁落聊坠般笑尘扇荒垮位拓委硒吐塞奶脯磋敦半郝咳亏呵聋鸡速掉只圈泡狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,(2)假定飞船是2050年元旦起飞的，此后每年元旦，宇航员和地面上的孪生兄弟互拍贺年电报。求从各自的钟为准，他们收到每封电报的时刻。,秦舜漾荆翼蕉拨瘩逆箍裙呈郑黑贷经犀用潜茁怒挡咐研诵帝淹芽酶鬼绥增狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,痹铭舶兄师鞘疟路拷后爬控遏桨桥嫌剁鼎溜吮破妹豢锅袋喘鉴扳鄂斜休赘狭义相对论和现代时空观x狭义相对论和现代时空观x,以地-天坐