光学相对论简介

1、第6章相对论简介牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系牛顿运动定律不成立的参考系，称为非惯性系（2）了解经典的相对性原理 运动的相对性中国古代研究：尚书纬考灵曜 “地恒动而人不知，譬如闭舟而行不觉舟之运也。” 伽里略相对性原理关于两种世界体系的对话： “理想船实验”伽里略速度变换公式 ：牛顿力学的不变性： 迈克尔逊-莫雷实验实验原理图 实验干涉条纹 （4）知道狭义相对论的两个基本假设狭义相对论的两个基本原理：相对性原理 一切物理定律，在不同的惯性系中是相同的 光速不变原理 光在真空中的传播速度在不同的惯性系中测得的数值都是相同的 (2)长度的相对性 - v车上的人看到的车厢的长度

2、：车外的人看到的车厢的长度：(3)时间间隔的相对性在站台上看运动火车上的钟在火车上看运动站台上的钟相对速度与动钟延缓效应 ( =1s）V（米/秒）0.1c=31070.5c 0.8c0.9c 0.99c 0.999c 0.9998c T(秒) 1.01 1.15 1.67 2.29 7.122.4 50 (5)时空相对性的实验验证 根据相对论，时间在运动中会进行的比较缓慢，也就是说，在空间中高速移动的时钟，比固定于地面上的时钟走得慢1971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞行，然后与地面的基准钟对照实验结果与理论预言符合的很好这是相对论的第一次宏观验证【教学建议】狭义相对论的其他三个

3、结论狭义相对论的三个重要结论相对论的速度叠加公式相对论质量质能方程(2)相对论质量 物体的运动速度不能无限增加，那么物体的质量是否随着速度而变化？ 严格的论证表明，物体高速（与光速相比）运动时的质量与它静止时的质量之间有下面的关系：m为运动质量m0为静止质量质速关系曲线知识回顾： 微观粒子的速度很高，它的质量明显的大于静止质量在研究制造回旋加速器时必须考虑相对论效应的影响1988年，中国第一座高能粒子加速器北京正负电子对撞机首次对撞成功物体的能量和质量之间存在着某种联系： 物体的能量和质量之间存在密切的联系，他们的关系是：爱因斯坦（3）质能方程这就是著名的质能方程第3课时 广义相对论简介(1)

4、超越狭义相对论的思考 介绍爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的两个问题：第一个是引力问题，万有引力定律不满足洛伦兹变换，无法纳人狭义相对论的理论框架；第二个是非惯性系问题，狭义相对论只适用于惯性系。它们是促成广义相对论的前提。 （2）广义相对论等效原理 在一个引力可以忽略的宇宙空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，船上的观察者记录光的径迹是一条抛物线半透明屏光源等效原理引力场与匀加速参考系等价 假设飞船静止，而在船尾存在一个巨大的物体，在它的引力场作用下,光的轨迹也是一条抛物线。（3）广义相对论主要结论通常物体的引力场都太弱，20世纪只能观测到太阳引力场引起的光线弯曲太阳由于太阳引力场的作用，我们

5、有可能观测到太阳后面的恒星，最好的观测时间是发生日全食的时候1919年5月29日，发生日全食，英国考察队分赴几内亚湾和巴西进行观测，证实了爱因斯坦的预言，这是对相对论的最早证实广义相对论结论（1）光线弯曲广义相对论结论（2）透镜效应 星球的强引力场能使背后传来的光线汇聚，这种现象叫做引力透镜效应星体星体无法观测黑洞宇宙中很可能存在黑洞，它不辐射电磁波，因此无法直接观测，但是它的巨大质量和极小的体积使其附近产生极强的引力场，引力透镜是探索黑洞的途径之一广义相对论结论（3）引力场影响时间引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别 对于高速转动的圆盘，除了转动轴的位置外，各点都在做加速运动，越是

6、靠近边缘，加速度越大，方向指向盘心 地面上看到：越是靠近边缘，速度越大根据狭义相对论，靠近边缘部位的时间进程较慢 圆盘上的人认为：盘上存在引力场，方向由盘心指向边缘，引力势较低，得出：引力势较低的位置，时间进程比较慢各类星体对比宇宙中有一类恒星，体积很小，质量却很大，叫做矮星，引力势比地球低的多，矮星表面的时间进程比较慢，哪里的发光的频率比同种的原子在地球上发光频率低，看起来偏红，这个现象叫做引力红移广义相对论结论（4）引力红移引力场的存在使得空间不同位置的杆的长度出现了差别 地面上看到：越是靠近边缘，速度越大根据狭义相对论，靠近边缘部位的杆的长度较短 圆盘上的人认为：引力势较低的位置，杆的长度越短广义相对论结论（5）引力场影响长度引力势由高到低变化 由于物质的存在，实际空间并不是均匀的，空间发生了“弯曲”：点击观看狭义、广义相对论比较狭义相对论广义相对论不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的 任何参考系（包括非惯性系）中物理规律都是相同的真空中的光速在不同惯性参考系中都是相等的 一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价更进一步等