相对论简介总结

相对论简介总结

牛顿物理学在人类活动的“正常”范围内是非常准确的，宏观、低速、弱引力。同学们现在所考虑的问题正是因为我们身边的事物的速度都和光速相比简直不值得一提。相对论的诞生并不是完全否认了经典力学，只是有些现象利用经典力学无法解释了，所以物理学家才要去修正。

而大多研究物理的思想就是假设，进而得到证实。经典力学中，逻辑推理和试验验证在微观世界或者在其他的高速世界中已经不是一套完美的科学方法了。

爱因斯坦的狭义相对论（特殊相对论）和广义相对论（一般相对论）这是一部彻底颠覆经典物理学观念的创世之书。它否定了牛顿的绝对时空观，认为空间不是平直的欧几里得空间，而是在引力场中弯曲的黎曼空间；时间也不是独立于空间的单独一维，它无时无刻不在空间之中，与空间构成一个统一的四维时空整体。这是一部并非凭借双眼，而是用智慧发现并创建了宇宙新秩序的书。它揭示了宇宙所具有的超乎寻常的秘密；同时性的相对性；运动中的时钟变慢慢、尺缩效应；水星的近日点异动；光谱红移；引力场中时钟变慢等。

这是一部为航天科学、天文学等高新学科奠定了理论基础的书。它的质能公式E=mc2所显示的原子裂变的巨大能量，在成为新兴能源的同时，也变成了悬在人类头顶的达摩克利斯之剑。黑洞和暗能量的发现让我们开始接近宇宙的起源和终结。

总之，这是一部现代及未来科学最伟大的奠基之作。

高中所能接触到的教材是极其简单的

考点一：狭义相对论的两条假设。1.在不同惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。2.真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。也是光速不变原理。

考点二：时间和空间的相对性。我们现在所说的时间是在一个局限的环境中，而相对论中所指出的空间和时间都具有相对性。地球上观察的两个事件的同时发生，不一定在别的参考系中也是同时的。

例如：地球上，在北京和上海同时出生的两个婴儿。一个人在从北京飞往上海的飞机上，飞机是速度和光速可以比拟，那么他看到的是上海的婴儿先出生。而，快速行驶的列车上，彻头彻尾的人能同事看到车中间发生的事。而车下的人，看到车尾的事件是先发生的。

考点三：相对观察者速度越小的时钟走的越快。最小相对速度为零。我们做过两个这样的题目，一人在火箭A上，火箭A的速度大于火箭B的速度，这个人观察到火箭A的时钟走的最快。另外一个题，是转盘上的三个物体，中间的时钟快，因为火箭A和人在，转盘和人的相对速度比较小。

例如：长度的相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小。但是这个观察必须不能在杆上。要在杆的外面。在垂直运动方向上，杆的长度并没有发生变化。和这个理论统一的现象，在路边看高速飞驰过的火车，车窗变窄了，但是车的高度没有变化。如果坐在火车里的乘客，看到车窗的宽度和高度是不变的，他看到车窗外两个树木之间的距离会变小。也是这个原理。

时间间隔的相对性：一架告诉运动的飞机飞行一段时间后，在地面上的人看到飞机里的表变慢了。这个就是会见的延迟。因此飞船上的时间进程比地面上的慢，时钟走慢了，化学反应变慢了，甚至人的动作，新陈代谢也变慢了。试想，要是在一架以光速运动的飞机里，那么这个时间将是静止的，人永远停留在那一刻，摆钟都静止。1971年这个语言得到的证实。

相对论中指出了速度变换公式，速度应该小于两个速度的矢量和。运动的质量比静止的质量要大。而不是质量能转化为能量，而是变化的质量转化为能量了。速度增加，质量将增加。电子加速之后，质量变为原来质量的2505倍！！太阳在向外辐射能量的同时，每秒钟质量都在减少，减少的质量约为10的6个数量级吨！！

广义相对论的引入，在宇宙飞船内看到的光线弯曲，在太阳附近的光线弯曲。在1919年5月29日的一次日全食中，两支英国考察队分别在几内亚湾和巴西进行观测，其结果完全证实了爱因斯坦的预言。这是广义相对论最早的验证。引力红移现象，矮子星发射光子的频率变小。

例题3．一辆由超强力电池供电的摩托车和一辆普通有轨电车，若都被加速到接近光速；在我们的静止参考系中进行测量，哪辆车的质量将增大（ B）

A.摩托车

B.有轨电车

C.两者都增加

D.都不增加

分析：摩托车是自带电力的，在给车供给能量的同时电池质量会减少，而车速增大质量可以增加，一个增加一个减少是无法判断的。而有轨电车的动能是外界的电力给它提供的，所以速度增加，它的东质量随之增大。和电子在加速到比较大的时候质量变成原来的2000倍是一个道理。

关于相对论的几部科幻电影

电影一：在07年美国上映的《时空线索》，就是广义相对论的反恐解读。回到过去。因为人们总会有这样的愿望，所以，这成了很多科幻电影所探讨的课题。这部电影给了我们一个机会，一个后悔的机会，纵然现有的科学技术似乎还不足以把这个机会变成现实，然而，在理论上来说，只要找到爱因斯坦的那个虫洞，只要找到足够大的能量和合适的力场，人类完全能够把这样的理论变成现实。

谁曾说过，科学理论里能够成立的一切，就已经是科幻电影里的现实了。爱因斯坦的广义相对论无疑开创了一整个科幻电影的时代，就算在此之前也曾存在过类似《时间机器》的科幻小说，然而，广义相对论无疑是给了这种穿梭过去和未来提供了有效的科学理论。忽视霍金关于人就算回到过去也无法改变过去的物理定律，可发挥的想像也许就更多了。毕竟霍金自己也没有办法解释为什么无法改变过去，他只是说，物理定律一定会阻止外力的干涉来改变历史，可是因为他没有再更多地阐述，所以在科幻里这样的定律更多的时候总会被忽略。广义相对论给我们提供了更多的想像力，也赋予了我们更多的关于美好愿望的祈盼。在广义相对论所提供的这个平台上，科幻电影可以变得更美好了。

这部电影总让我想起之前看过的《蝴蝶效应》和《触不到的恋人》。或者说，《时空线索》被拍成了这两部电影的合成体。同样是穿越时空改变过去，《蝴蝶效应》的结局惨不忍睹，这部电影也许更接近《触不到的恋人》，只是这部电影被赋予了一个更深沉更主流的反恐主题。

展现在我们眼前的是处于另一个时空里的爱人，以及穿越了时空的恋爱。似曾相识，除了电影里似曾相识的人们，还有我们似曾相识的场景。当然这部电影也遵循着多重时空的科

学幻想，于是这部电影就不会同霍金的物理原则相悖，那个时空里的道格死在这个时空里，然而历史因为道格的回归而被彻底改写了。克莱尔被道格拯救，恐怖袭击被道格阻止，然而道格却死于他的功道圆满之时。

有的时候，我们所遇到的那个人，好像是在梦中，一件事件的发生亦或是自己已经遭遇过的事情和人。或者就是我们在那个平行的时空所不一样的自己。如果真的有后悔药，真的可以再另外的一个时空改变自己，那么这个时间将变的怎么样的美好。或者正是因为残缺才是美丽的。

电影二：00年的《生死频率》牵扯到许多连科学界都还在摸索阶段的宇宙理论，因此奎葛利就请来哥伦比亚大学的教授布莱恩葛林来做这部电影的咨询，布莱恩本身就是这方面的先驱，他曾经出专书研究有关时空网络中所隐藏的新次元空间，以及黑洞如何转化为基本分子和连续时空的切割理论。藉由布莱恩葛林的专业素养，增添这部电影的说服力。

在《生死频率》中有许多场沙勒文父子经由无线电对讲机在同一个场景的戏，导演为了增加临场感，特别搭建了两个几乎一模一样的场景。

在介绍完《生死频率》之前，最後还要解释一下穿梭时空的原则理论，这也是最著名的「祖父矛盾理论」the Grandfather Paradox，就是说假设你要回到过去谋杀你的祖父时会出现一个问题，就是如果你成功了，一个新的世界就会出现，因为你根本就不存在，所以在现实生活中你也不可能回到过去谋杀你的祖父。

但是在《生死频率》中，约翰沙勒文并没有真正回到过去，他只是和另外一个时间次元沟通，不过过去的时空和现在的时空是纠结在一起的，因此当约翰沙勒文改变了其中的一个环节，就会出现环环相扣的影响，并且瞬间改变他的现况。