20200126关于狭义相对论的重要结论
关于狭义相对论的重要结论
Benjamin Peng 20200123
狭义相对论已经深入物理学，任何轻描淡写都不能彻底解决狭义相对论对物理学的影响、对人们观念的影响。
1.狭义相对论的矛盾与不相融性
再次审视狭义相对论包含的多条内容，可以发现每条内容都与经典物理学、数学或哲学原理不相融。
（1）光速相对性
狭义相对论中的光速不变原理与经典物理学的“光速不具有相对性”并不等价。
前者抛弃了光需要传播介质；后者正是基于光需要传播介质。
前者认为光属于物质的范畴；后者认为光属于波的范畴。
前者的洛伦兹变换无形之中将光相对于观测者的速度作为“光速”；后者仍然遵从了波速的定义。
前者先将光速相对化（相对于观测者的速度）然后再将光速用假设原理的方法将其绝对化，这就产生了矛盾，也是其他后续矛盾、佯谬、悖论产生的根源；后者遵从光在介质中的传播速度不变。
狭义相对论的“光速不变”假设本质上是将任何一个参考系定义为电磁波所在介质的参考系，这个电磁波所在介质的参考系就是以太参考系，这又回到了经典物理学的惯性参考系。
狭义相对论在形式上企图抛弃电磁波传播介质，实质上却依赖于电磁波传播介质。
（2）相对性原理
狭义相对性原理本质上描述的是物理规律的一致性原理。
在衡量电磁理论中麦克斯韦方程是否满足物理规律的一致性时，却用是否满足伽利略相对性来代替了是否满足物理规律的一致性。
这种替代是不等价的。
（3）协变性
狭义相对论虽然没有明确表述物理方程在各个参考系之间变换时应具有相同的形式，但本质上肯定了物理方程的协变性。
从数学上可以证明，线性方程对非线性变换不具有协变性；非线性方程对线性变换也不具有协变性。
狭义相对论盲目的强调协变性是不符合数学规律的。
（4）电磁理论的相对性问题
狭义相对论解决了电磁理论在相对时空中的相对性问题，却依然没有解决电磁理论对伽利略变换的相对性问题，这一问题仍然存在。
（5）电磁波传播介质
狭义相对论中，抛弃电磁波的传播介质将导致电荷的电磁辐射悖论。
（6）时空特性
相对时空观指出同一物体的长度、同一事件的时长对不同观测者是不同的。
这有悖于物理对象的客观性，必将导致长度收缩悖论、双生子悖论。
（7）运动质量
狭义相对论指出，物体运动速度趋近于光速时，其运动质量趋近于无穷大。
这导致有限物质的无穷大性质，这违背客观性，也违背有限与无限的对立关系。
（8）狭义相对论的哲学性
物质的客观性表明：凡依赖于观测者的命题、理论都不具有客观性。
狭义相对论中，物体的长度、时间与观测者有关，这显然违背客观性。
（9）狭义相对论的应用
将狭义相对论运用到电磁理论中，将产生矛盾；将狭义相对论运用到经典力学中，将导致惯性质量无穷大这一哲学陷阱。
可见，狭义相对论的内容与经典物理学、数学或哲学原理都是不相融。
2.主要论点
（1）伽利略变换是线性变换，它只对线性方程、线性规律具有协变性；对非线性方程、非线性规律不具有协变性。
伽利略相对性本质上是线性相对性。
物理方程、物理规律既有线性的，也有非线性的。
非线性物理方程、非线性物理规律在伽利略变换下不满足协变性是合理的，也就不具有伽利略相对性。
盲目放大相对性的适用范围违背数学规律。
（2）电场强度方程是线性方程，磁感应强度方程是非线性方程，所以电场强度方程在伽利略变换下是协变的，磁感应强度方程在伽利略变换下是非协变的。
这种非协变性是合理的，符合数学规律的。
方程协变性与物理规律的一致性并不等价。
（3）基于电磁波需要传播介质这一基本原理，电磁波的波速、光速都是相对于传播介质而言的，与观测者无关。
（4）电磁波只在以太中传播，其麦克斯韦方程具有单一的形式，无需要变换就满足物理规律的一致性。
人为调和麦克斯韦方程协变性是多余的，狭义相对论也是多余的。
（5）迈克尔逊-莫雷实验存在致命错误，不能证明地球相对于以太的飘逸不存在，也不能证明电磁波的传播介质以太不存在；对狭义相对论没有证明力。
（6）飞行原子钟变慢效应是多普勒效应导致的。
支持狭义相对论的这一重要实验也被否定。
3.重要结论
（1）狭义相对性原理与广义相对性原理只对线性物理规律适用；对非线性方程、非线性物理规律都不适用，例如电磁理论、非线性波动理论等等。
相对性原理具有局限性，片面放大其适用范围违背数学规律。
这就是广义相对性原理与波动理论、量子理论不相融
的根本原因。
（2）物理学必须放弃狭义相对论的全部内容。
（3）要么放弃广义相对性原理，要么给广义相对性原理限制在线性规律之内。
（4）放弃狭义相对论，狭义相对论导致的矛盾、佯谬、悖论、不相融问题都随之消亡。
这些矛盾、佯谬、悖论才得到了真正的解决。
4.放弃狭义相对论对物理学的意义
根据前文的分析，有三个结论是及其重要：
（1）真空介质具有物理特性，具有物理实在性。
这就是以太，属于物质的范畴，本文将其定义为宇宙基质。
以太是存在的。
（2）电磁波的传播介质是统一的，无论电磁波在真空中传播，还是在宏观物体中传导，本质上都是在以太中传播。
（3）宏观物体与以太之间有着某种特殊的关系：宏观物体最基本的材料是以太。
放弃狭义相对论意味着物理学会倒退吗？不，一个崭新的物理世界即将到来。
以太的存在将打开物理学再次发展的大门。
高二物理狭义相对论的其他结论
二、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： m0 m 2 v 1 c m为运动质量
﹥ m0为静止质量
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．
15.3 狭义相对论的其他结论
一、相对论的速度变换公式
v
u
车对地的速度为v，人对车的速度为u/
u v u 地面上的人看到车上 u v 人相对地面的速度为： 1 c2
u v u u v 1 2 c
如果车上人运动方向与火车运动方向相 反，则u’取负值
课本P115思考与讨论
2
运动时的能量
静止时的能量
m Ek1 m0 Nhomakorabea 2 2
在v ＜ ＜ c时的一种近似 这就是动能表达式．
E mc 2
具体推导过程如下：
E k E E0
E mc
2
Ek
m0 c 2 v 1 c
2
2
m0 c 2
E 0 m0 c 2
v 1 c
v 1 c 1v 1 2c
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
三、质能方程
物体的能量和质量之间 存在密切的联系，他们的关 系是：
E mc
2
这就是著名的爱因斯坦质能方程
质能方程表达了物体的质量和它所具有的 能量之间的关系.
E k E E0
物体的动能
m0 v 1 c
；阿米巴 阿米巴经营模式 阿米巴管理模式 阿米巴管理 阿米巴经营核算表；
高二物理狭义相对论的其他结论
狭义相对论的主要结论
狭义相对论理论有哪些结论?
1、第一，世界上没有绝对参考系，一切都是相对的。
比如站在赤道地面上不动，那是相对地球赤道表面而言，相对站在南北极点上的观察者，在绕着其转圈。
相对太阳而言，在绕地轴转圈同时绕太阳转圈，相对银河系中心来说，运动就更复杂了。
2、第二：能量=质量X真空光速的平方。
详细解读
m是“静质量”，c是‘真空光速’，E是能量。
“静质量”不为零的物体最高速度不超过“真空光速”，因为能量不能无限大。
而静质量为0的物体，本身就是真空光速。
许多反相对论的爱好者，根本不知道这个公式里严格描述，包括m是静质量，不是“质量”两者差很远。
c不是光速，而是真空光速，于是许多人在叫嚷光速不变是错误的，完全不去理解c的含义。
狭义相对论主要结论
狭义相对论的主要结论狭义相对论的主要结论有运动学方面的三个：1即同时的相对性；2运动的物体长度缩短，3运动的钟变慢。
此外还有质能关系，质速关系等。
理解同时相对性时要注意，只有不同地点的两个事件才存在同时的相对性（即一个参照系中看起来同时，另外一个参照系中不同时），同一地点的两个事件，其同时是绝对的。
理解尺缩效应时要注意以下几点：一是在同一参照系内部不能发现尺缩效应，只有在两个运动参照系之间才会有这种效应；二是这种缩短只发生在运动方向，在垂直于运动方向上没有这种效应。
三是收缩的量与运动的尺（或物体）相对于这个参照系的速度有关，在不同的惯性系中可以不同。
四是这种缩短效应只有当物体的速度接近光速时才会显著，当速度远小于光速时可以忽略不计。
五是这种收缩效应也是相对的，两个彼此作相对运动的惯性系之间彼此看对方的尺都是收缩的，而且收缩的量是相同的。
理解钟慢效应时与尺缩效应基本相似，也要注意下面几点：一是同一参照系内部不能发现钟慢效应，只有彼此作相对运动的参照系之间才有这样的效应。
二是不同的参照系中的观察者所测得的这种延缓效应是不同的，延缓的多少与相对速度有关。
三是这种延缓效应只有当速度接近光速时才比较显著，当物体的速度远小于光速时延缓效应可以忽略。
四是对于两个彼此作相对运动的参照系中的观察者来说，他们彼此所测得的延缓是相同的。
五是这种延缓效应并不是观察的结果，不是一种视觉上的错觉而是实际测量的结果。
并且这种延缓不仅仅是运动参照系中的钟而是指运动参照系中的任何事物的任何过程都延缓了。
质能关系表明了能量和质量的相当性或等价性。
一定质量的物体蕴含着一定的能量。
通过质量亏损可以把凝聚在物体内部的能量释放出来。
质能关系还表明了表面上静止的物体其内部蕴含着剧烈的运动。
质速关系则表明了表征物质多少或惯性大小的质量和运动之间的关系，质量会随速度的增大而增大，同时也说明了静止质量不为零的物体其运动速度不可能达到光速，光速是一切物体的运动速度或信号的实际传播速度的极限。
最新人教版高中物理选修课件 第三节 狭义相对论的其他结论
m为运动质量 m0为静止质量
m
m0
1
v
2
c
质速关系曲线
微观粒子嘚速度很高，它嘚质量明显嘚大于静止质量．在研究制造回旋加速器时必须考虑相对 论效应嘚影响．
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
例2 如一观察者测出电子质量为2m。， 问电子速度为多少？（m。为电子嘚静止质量）
u = 2.5×108 m/s x
飞船A在K′系中嘚速度为
K′ v
u´
K
B
x
u
x
A
中 国 航 天
中 国 航 天
u´ = x 1
u x v
c
v
u x
2
= 1
2.5×108 2.5×108
= 1.125×108 m/s
2.0×108 ×2.0×108 9.0×1016
结束 目录
练习1 一原子核以0.5c 嘚速度离开一观察 者而运动。原子核在它运动方向上向前发射 一电子，该电子相对于核有0.8c 嘚速度；此 原子核又向后发射了一光子指向观察者。对 静止观察者来讲，
• 质量随速率增加而变大，实验完全证实了这个公式。从质量和速度嘚关系式可以看出，当物体速度趋近 于光速时，质量将趋向无限大。这是不可能嘚。一切物体嘚速度都永远小于真空中嘚光速。
m m0 1 v 2 c
(2)相对论质量 物体嘚运动速度不能无限增加，那么物体嘚质量是否随着速度而变化？
严格嘚论证表明，物体高速（与光速相比）运动时嘚质量与它静止时嘚质量之间有下面嘚关系：
结束 目录
当电子嘚速度为v2=1.0×108 m/s时嘚动能
E
= m c2
k2
狭义相对论的基本结论.ppt
二、狭义相对论力学的基本方程
1、相对论的力学方程
dp m0v d d F ( mv ) dt dt dt 1 v / c 2
狭义相对 论力学的 基本方程
当 v c 时 m m0 2、动量守恒定律
m0 i v i
dv F m ma dt
(0.026 1.66 10
27
) 3 10
8 2
3.87 1012 J 24Me v
1kg这样的核燃料释放能量约为:3.35×1014 J 1kg优质煤燃烧热为：2.93×107J 两者相差107倍，即1kg核燃料 ~ 1千万公斤煤！
轻核聚变条件 温度要达到 10 K 时，使 具 有10keV 的动能，足以克服两 2 1 H 之间的库仑排斥 力.
c
14-6 相对论动量和质量
物理概念：质量，动量，能量，…… 重新审视其定义 (1) 应符合爱因斯坦的狭义相对性原理 原 即经过洛伦兹变换时保持定律形式不变 则 (2) 应满足对应原理 即趋于低速时，物理量须趋于经典理论中相应的量
一、动量和速度的关系
F 牛顿第二运动定律 a m F 持续作用 v a t
2 2 m0c ( 1H) 1875.628MeV 2 3 m0c ( 1H) 2808.944MeV 2 4 m0c ( 2 He) 3727.409MeV 2 1 m0c (0 n ) 939.573MeV
氘核和氚核聚变为氦核的过程中，静能量减少了
E 17.59MeV
小结：
质能关系预言： 物质的质量就是 能量的一种储藏 .
重要意义：E = mc2 为开创原子能时代提 供了理论基础, 被看 作是具有划时代意义 的理论公式, 已成为 2 2) E =mc : 统一了历史上分别发现的能 纪念爱因斯坦伟大功 量守恒和质量守恒这两条独立的自然规律。 绩的标志。相对论为 相对论性质量可以认为是能量的量度。粒 人类开辟了可谓取之 子物理中常使用粒子质量为××Mev的说 不尽的新能源。 法。
高中物理第十五章相对论简介第34节狭义相对论的其他结论广义相对论简介课件新人教版选修3
对质能方程的理解
1．相对论质量
相对论中质量和速度的关系为 m＝ 理解这个公式时请注意：
m0 。 1－vc 2
(1)式中 m0 是物体静止时的质量(也称为静质量)，m 是物体 以速度 v 运动时的质量。这个关系式称为相对论质速关系，它
表明物体的质量会随速度的增大而增大。
(2)v ≪c 时，近似地 m＝m0。 (3)微观粒子的运动速度很高，它的质量明显地大于光子 质量。例如回旋加速器中被加速的粒子质量会变大，导致做 圆周运动的周期变大后，它的运动与加在 D 形盒上的交变电 压不再同步，回旋加速器的加速能量因此受到了限制。
1．自主思考——判一判
(1)只有运动物体才具有能量，静止物体没有质能。
(×)
(2)一定的质量总是和一定的能量相对应。
(√ )
(3)E＝mc2 中能量 E 其实就是物体的内能。
(×)
(4)狭义相对论适用于任何参考系。
(×)
2．合作探究——议一议 爱因斯坦提出狭义相对论后，为什么还要提出广义相对论？ 提示：爱因斯坦提出狭义相对论后，遇到了狭义相对论无法解决 的两个问题：万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架；惯性参 考系在狭义相对论中具有特殊的地位。为了解决这两个问题，爱 因斯坦又向前迈进了一大步，提出了广义相对论。
2．广义相对性原理和等效原理 (1)广义相对性原理：在任何参考系中，物理规律都是 _相__同__的。 (2)等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动 的参考系 等价 。 3．广义相对论的几个结论 (1)光线经过强引力场发生 弯曲 。 (2)引力红移：引力场的存在使得空间不同位置的 时间 进程出现了差别。而使矮星表面原子发光频率 偏低 。
现象，所以选项 B 正确、C 错误。
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二、对相对论质量和质能方程的理解
例4.一个电子从静止开始加速到0.1c 的速度，需要对它作多少功？ 速度从0.9 c 加速到0.99 c 又要作多少功？ 解：设将电子加速到0.1c所需做功为W：
二、对相对论质量和质能方程的理解
例4.一个电子从静止开始加速到0.1c 的速度，需要对它作多少功？ 速度从0.9 c 加速到0.99 c 又要作多少功？ 同理，设将电子从0.9c加速到0.99c所需做功为W’：
选修3-4
第十五章 相对论简介 3 狭义相对论的其他结论
复习
1. 狭义相对性原理 在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的。
2. 光速不变原理 真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，
光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。
1. “同时”的相对性 2. 动尺变短 3. 动钟变慢
新知预习
一.相对论速度变换公式： 设高速行驶的火车的对地速度为v，车上的人以速度u′沿着 火车前进的方向相对火车运动，那么人相对地面的速度
其中E0＝m0c2为物体相对 于参考系静止时的能量．
(2)在相对论下，运动物
体的动能Ek＝mc2－m0c2.
(3)物体的能量变化ΔE与质量变化Δm的对应关系为 : ΔE＝Δmc2.
二、对相对论质量和质能方程的理解
例3.太阳由于向四面空间辐射能量，每秒损失了质量 4×109 kg。 求太阳的辐射功率。
为 v = 2.5×108 m/s
飞船B 在K系中的速度为
中 国 航 天
中 国 航 天
A
K系
ux = 2.0×108 m/s
飞船B 在K＇系中的速度为
u´x
=
1
ux v c
狭义相对论的其他结论PPT精品课件
具体推导过程如下：
Ek E E0 E mc 2
E0 m0c2
v 1 c
Ek
m0c 2 1 v 2
m0c 2
c
1 v 2 1 1 v 2
c
2c
Ek
m0c 2
m0c 2
1 2
m0
c
2
v c
2
1 1 v 2
2c
1 2
m0v 2
Ek
1 2
m0v 2
这就是我们过去熟悉的动能表达式，这也
能让我们看出，牛顿力学是相对论力学在低速 情况下的特例．
课本P116 思考与讨论
第三节 世界气温的分布
跳舞的小企鹅们
气温的分布规律
考考你：
千里冰封，万里雪飘的北国风光， 草长莺飞白花盛开的南国景色 思考：北国和南国的区别是什么？
位置不同：
北国纬度高，南国纬度低
生活在高纬度的动物们
可爱的北极熊
气温随海拔升高而降低
思考
请你找出年平均气温0℃等温线,陆地 上气温为0℃的等温线分布在哪里? 是什么地形?
亚欧大陆内部,明显是我国喜马拉雅山地区
自北向南世界年平均气温线的值在南北半球 如何变化?
自北向南北半球年平均气温值逐渐增大, 南半球年平均气温值逐渐减小.
思考
（1）等温线表示什么含义？
表示等温线的空间分布
（2）如何判读等温线？
等温线图中的等温线也有 有疏有密：等温线密集 的地方气温差别大（ 如图中的甲地）：等温线 稀疏的地方气温差别小。
哈尔滨位于北方，纬度较高，气温低，
思考 海南和哈尔滨的区别在哪里？
海南纬度低，气温高。
下列哪些 是描述气温受地形影响的 A、冬天海南炎热，植物葱绿；哈尔滨
狭义相对论的其他结论、广义相对论简介课件
三、广义相对论简介
2.宇航员能否根据“小球的加速下落”判断飞船是静止 在一个引力场中，还是正处在一个没有引力场而正加速 上升的过程中？ 答案 不能.
三、广义相对论简介
1.广义相对论的基本原理 (1)广义相对性原理：在 任何参考系 中，物理规律都是 相同的. (2)等效原理：一个均匀的引力场与一个做 匀加速运动 的参考系等价.
一、相对论速度变换公式
1.公式：设高速行驶的火车对地面的速度为v，车上的人
相对火车以速度u′运动，那么人相对地面的速度为u.
u′＋v 1＋u′c2 v
(人相对于车的运动方向与车同向).
-u′＋v u′v(人源自对于车的运动方向与车反向).1- c2
一、相对论速度变换公式
2.对公式的理解
假设高速火车对地面的速度为v，车上的一高速粒子以
二、对质能方程的理解
解析 E＝mc2表明质量与能量之间存在一一对应的关 系，物体吸收或放出能量，则对应的质量会增加或减少， 质量与能量并没有相互转化.故选项B正确，D错误； 静止的物体也具有能量，称为静质能，E0＝m0c2，m0叫 做静质量；E＝mc2中的能量E包括静质能E0和动能Ek， 而非物体的内能，故选项A、C错误. 答案 B
二、相对论质量和质能方程
回旋加速器中磁场一次次把粒子拉到狭缝处，狭缝处的 电场一次次加速带电粒子.假如回旋加速器的半径可以 增大到很大，磁感应强度足够大，经回旋加速器加速的 粒子的速度可以达到任意速度甚至超过光速吗？
二、相对论质量和质能方程
答案 不可以很大，不可以超过光速. 因为回旋加速器的理论基础是粒子在磁场中做圆周运动 的周期(T＝ 2)π等m于交变电场的周期；速度较小时粒子
解析 由动能定理，加速后电子增加的动能为： ΔEk＝eU＝1.6×10－19×107 J＝1.6×10－12 J 由ΔEk＝Δmc2得电子增加的质量为：