《相對(duì)論公開(kāi)課》課件

《相對(duì)論公開(kāi)課》ppt課件CONTENTS相對(duì)論簡(jiǎn)介狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論相對(duì)論的應(yīng)用相對(duì)論的意義與影響相對(duì)論簡(jiǎn)介0103麥克斯韋方程組描述了光的傳播規(guī)律。0119世紀(jì)末物理學(xué)界面臨的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象光速不變、米氏-摩雷森實(shí)驗(yàn)、邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)。02洛倫茲、斐茲杰惹等人的貢獻(xiàn)提出收縮假說(shuō)解釋邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)。相對(duì)論的起源1905年愛(ài)因斯坦提出狹義相對(duì)論提出兩個(gè)基本假設(shè)，時(shí)間和空間的相對(duì)性、光速不變?cè)怼?915年愛(ài)因斯坦提出廣義相對(duì)論引力是時(shí)空彎曲的表現(xiàn)，物質(zhì)能量彎曲時(shí)空，時(shí)空告訴物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)，物質(zhì)如何影響時(shí)空。相對(duì)論的發(fā)展歷程物理體系的狀態(tài)變化是與一個(gè)選定的參照系有關(guān)的，這個(gè)參照系我們稱(chēng)之為慣性參照系。所有相對(duì)于慣性參照系作勻速運(yùn)動(dòng)的參照系都是慣性參照系。光速不變?cè)恚杭丛趹T性參照系中，真空中光速都保持一致，與光源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。狹義相對(duì)論基本原理任何光線(xiàn)在“短程線(xiàn)”上總是沿著時(shí)空的最短路徑傳播，即最短的光程。廣義相對(duì)論基本原理相對(duì)論的基本原理狹義相對(duì)論02物理定律在所有慣性參照系中都是一樣的。光在真空中的速度對(duì)于所有觀(guān)察者都是一樣的，即光速的不變性。沒(méi)有物體可以超過(guò)光速。狹義相對(duì)論的基本假設(shè)當(dāng)一個(gè)物體以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其時(shí)間相對(duì)于靜止觀(guān)察者來(lái)說(shuō)會(huì)變慢。這意味著，對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的物體，時(shí)間流逝的速度會(huì)變慢。當(dāng)一個(gè)物體以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其長(zhǎng)度相對(duì)于靜止觀(guān)察者來(lái)說(shuō)會(huì)變短。這意味著，對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的物體，其長(zhǎng)度會(huì)變短。狹義相對(duì)論的時(shí)間膨脹和長(zhǎng)度收縮長(zhǎng)度收縮時(shí)間膨脹質(zhì)能關(guān)系公式01E=mc^2，其中E表示能量，m表示質(zhì)量，c表示光速。這個(gè)公式表明質(zhì)量和能量之間存在等價(jià)關(guān)系，即物體所具有的能量與其質(zhì)量成正比，且與光速的平方成正比。質(zhì)能等價(jià)原理02根據(jù)質(zhì)能關(guān)系公式，物體的質(zhì)量并不是固定不變的，而是與其所具有的能量有關(guān)。當(dāng)物體獲得能量時(shí)，其質(zhì)量會(huì)增加；當(dāng)物體失去能量時(shí)，其質(zhì)量會(huì)減少。特殊相對(duì)論的質(zhì)能關(guān)系推論03由于質(zhì)量和能量之間存在等價(jià)關(guān)系，因此物體的運(yùn)動(dòng)速度不能超過(guò)光速。因?yàn)楫?dāng)物體的速度接近光速時(shí)，其質(zhì)量會(huì)變得非常大，以至于需要無(wú)窮大的能量才能將其加速到光速。狹義相對(duì)論的質(zhì)能關(guān)系廣義相對(duì)論03物理體系的狀態(tài)變化與參照系無(wú)關(guān)：即狹義相對(duì)性原理。真空中光速對(duì)所有慣性參照系都是一樣的：即光速不變?cè)怼Ｎ锢矶稍谝磺袘T性參照系中都具有相同的數(shù)學(xué)形式：即參照系的相對(duì)性。廣義相對(duì)論的基本假設(shè)描述了物質(zhì)如何彎曲時(shí)空，進(jìn)而產(chǎn)生引力。方程形式為G_{ab}=8piT_{ab}+Lambdag_{ab}-g_{ab}rho。其中G_{ab}是時(shí)空曲率，T_{ab}是物質(zhì)能量動(dòng)量張量，Lambda是宇宙常數(shù)，g_{ab}是度規(guī)，rho是物質(zhì)密度。廣義相對(duì)論的引力場(chǎng)方程愛(ài)丁頓在1919年的日食期間觀(guān)測(cè)到光線(xiàn)在太陽(yáng)附近發(fā)生偏折，與廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)相符。根據(jù)廣義相對(duì)論，強(qiáng)引力場(chǎng)中的光波頻率會(huì)變低，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為引力紅移。多個(gè)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)了這一預(yù)測(cè)。根據(jù)廣義相對(duì)論，水星軌道的近日點(diǎn)會(huì)發(fā)生進(jìn)動(dòng)，且進(jìn)動(dòng)幅度比牛頓理論預(yù)測(cè)的要大。觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)證實(shí)了這一預(yù)測(cè)。光線(xiàn)在太陽(yáng)附近的偏折引力紅移現(xiàn)象水星軌道近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)廣義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相對(duì)論的應(yīng)用04

相對(duì)論在物理學(xué)中的應(yīng)用解釋光速不變?cè)硐鄬?duì)論解釋了為何光速在任何慣性參考系中都是不變的，為現(xiàn)代物理學(xué)奠定了基礎(chǔ)。預(yù)測(cè)和解釋質(zhì)能等價(jià)相對(duì)論預(yù)測(cè)了質(zhì)能等價(jià)關(guān)系，即物質(zhì)能量相互轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象，為核能和原子能的應(yīng)用提供了理論支持。描述引力現(xiàn)象相對(duì)論提供了描述引力現(xiàn)象的理論框架，解釋了行星運(yùn)動(dòng)和引力場(chǎng)的本質(zhì)。相對(duì)論預(yù)測(cè)了宇宙的膨脹現(xiàn)象，為現(xiàn)代宇宙學(xué)提供了重要的理論依據(jù)。宇宙尺度和宇宙學(xué)黑洞和引力透鏡脈沖星和宇宙射線(xiàn)相對(duì)論預(yù)測(cè)了黑洞的存在和引力透鏡效應(yīng)，為天文學(xué)中的奇異天體提供了理論解釋。相對(duì)論還解釋了脈沖星和宇宙射線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)和輻射機(jī)制。030201相對(duì)論在天文學(xué)中的應(yīng)用相對(duì)論在高能物理實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮了重要作用，如解釋正負(fù)電子湮滅產(chǎn)生光子的現(xiàn)象。相對(duì)論在通信技術(shù)領(lǐng)域也有應(yīng)用，如解釋衛(wèi)星通信中的時(shí)間延遲現(xiàn)象。相對(duì)論在地球科學(xué)中用于解釋地球自轉(zhuǎn)、地殼運(yùn)動(dòng)等現(xiàn)象。高能物理實(shí)驗(yàn)通信技術(shù)地球科學(xué)相對(duì)論在其他領(lǐng)域的應(yīng)用相對(duì)論的意義與影響05相對(duì)論的提出，改變了牛頓力學(xué)的觀(guān)念，為現(xiàn)代物理學(xué)奠定了基礎(chǔ)。推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展相對(duì)論的思想和方法對(duì)數(shù)學(xué)、哲學(xué)、化學(xué)等學(xué)科產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，推動(dòng)了這些學(xué)科的發(fā)展。促進(jìn)其他學(xué)科發(fā)展相對(duì)論的深?yuàn)W和神秘激發(fā)了科學(xué)家和公眾的探索精神，推動(dòng)了科學(xué)研究的進(jìn)步。激發(fā)探索精神相對(duì)論對(duì)科學(xué)發(fā)展的影響強(qiáng)調(diào)觀(guān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)的重要性相對(duì)論強(qiáng)調(diào)了觀(guān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)在科學(xué)中的重要性，推動(dòng)了科學(xué)方法的進(jìn)步。促進(jìn)理性思考相對(duì)論強(qiáng)調(diào)邏輯和推理，推動(dòng)了人類(lèi)理性思考的發(fā)展，對(duì)哲學(xué)、政治學(xué)等領(lǐng)域產(chǎn)生了影響。改變時(shí)空觀(guān)念相對(duì)論提出了時(shí)間和空間的相對(duì)性，顛覆了人類(lèi)對(duì)時(shí)空的傳統(tǒng)觀(guān)念。相對(duì)論對(duì)人類(lèi)思想的影響探索宇宙奧秘隨著觀(guān)測(cè)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不斷進(jìn)步，相對(duì)論有望在探索宇宙奧秘方面取得更多突破。推動(dòng)基礎(chǔ)物理學(xué)