相对论的发展.pptx

都是惯性运动
（伽利略的有 趣“错误”）
5）实验验证 引力红移、 光线偏折、 行星轨道近日点的进动
3、膨胀的宇宙
1915年 广义相对论 1917年 爱因斯坦：有限无边均匀静态宇宙 1922年 弗利德曼：膨胀或脉动的宇宙 1929年 哈勃定律：V＝HD 1948年 α、β、γ的大爆炸模型（伽莫夫） 1965年 发现微波背景辐射（彭齐亚斯、威尔逊） 1979年 古斯（A.Guth）暴胀模型
1986年、1996年两次获国家教委科技进步二等奖。
主要著作有《黑洞的热性质与时空奇异性》、《黑洞 与弯曲的时空》，
科普著作有《探求上帝的秘密-从哥白尼到爱因斯 坦》、《物理学与人类文明》，其中《黑洞的热性质 与时空奇异性》和《探求上帝的秘密》分获第11届和 第12届中国图书奖。
赵峥教授长期为学科教学论专业的研究生、课程班学 生、教育硕士讲授“近代物理概论”、“爱因斯坦与 霍金的宇宙”等课程。
c2
y’=y
z’=z
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v
x
c2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱt’=
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1
c2
洛伦兹变换
洛伦兹的观点
放弃相对性原理
麦克斯韦电磁理论只对绝对空间正确 （光相对绝对空间的速度是c）
存在洛伦兹收缩
用洛伦兹变换取代伽利略变换
（两种变换不仅数学形式不同，而且物理解释 也不同）
1905年爱因斯坦在不知道洛伦兹工作的情况下
光行差现象
考虑
斐索实验 （迈克尔逊实验）
从
相对论原理
光速不变原理
洛伦兹变换
爱因斯坦的理论受到洛伦兹的反对， 洛伦兹称其为相对论
相对论提出
动尺收缩， 动钟变慢， 双生子佯谬，
E mC 2
2、广义相对论（General Relativity）
1）狭义相对论的两个困难 2）广义相对论的物理基础 3）广义相对论的数学基础 4）广义相对论的核心 5）实验验证
物含妙理总勘寻
－－颐和园铜亭
主讲：北京师范大学 赵峥教授
2004年10月北师大04届博士政治课讲座
赵峥教授
1943年8月出生于四川成都。 1967年毕业于中国科技大学物理系， 1981年于北京师范大学天文系获硕士学位（导师刘辽教授）， 1987年于布鲁塞尔自由大学获博士学位 （导师普利高津教授，诺贝尔奖金获得者）。 曾任北京师范大学研究生院副院长，物理系主任。 现为北京师范大学物理系教授， 理论物理博士生导师、 教育学博士生导师， 中国引力与相对论天体物理学会理事长。
光行差现象：地球相对以太有运动
光
下雨
e 光
s e
镜筒指向
v
镜筒运动 v
迈克尔逊实验：未测到以太漂移（1887年） M2 M1
观测者
洛伦兹等人为解释迈克尔逊实验提出（1892年） 洛伦兹收缩
L L0
1 v2 c2
x’=x-vt y’=y z’=z t’=t
伽利略变换
x vt x’= 1 v 2
1）狭义相对论的两个困难 惯性系无法定义 万有引力定律纳不进相对论框架
2）广义相对论的物理基础 广义相对性原理 等效原理 马赫原理
3）广义相对论的数学基础: 黎曼几何与张量分析
欧氏几何、罗氏几何（鲍耶、高斯、罗巴切夫 斯基）、黎氏几何
空间曲 平行线 率
黎氏几何 正 欧氏几何 零 罗氏几何 负
无
宇宙项：
R
1 2
g R
T
8G
C4
R
1 2
g R g
T
g 宇宙项 （1917年提出，1923年放弃）
暗物质与暗能量
亮星
0.5％
重子
物
暗物质 中微子
质
冷暗物质
4％ 0.3％ 29％
暗能量
起源于λ 动力学暗能量 GR在宇观尺度失效
65％
4、黑洞
1）从牛顿理论预言（200年前，拿破仑时代） 米歇尔（1783） 拉普拉斯（1796）
赵峥教授长期从事理论物理的教学与研究，
为本科生和研究生讲授过统计物理、量子力学、近代物理 学进展、物理学史、广义相对论、黑洞物理学和弯曲时空 量子场论等课程。
参加和承担过多项国家自然科学基金项目，在相对论、黑 洞物理等领域发表论文100余篇，
在黑洞热性质、时空奇点、钟速同步和热力学的关系等方 面有创新性的工作。
测定分子的大小（博士论文） 布朗运动 相对论 E＝mc2 光子说
1.相对论（狭义相对论 Special Relativity）
光是电磁波，是以太的波动 ＊理论上的困难
麦克斯韦电磁理论
作为相对性原 理表达式的伽 利略变换
光速C是一个常数
光速对不同参 考系应不同， 不应是同一个 C值
＊实验上的困难
地球相对于以太运动吗？
一条
两条以 上
三角形 三内角 之和
>1800
＝1800
<1800
圆周率
<π ＝π >π
举例
球面 平面 伪球面
4）广义相对论的核心
场方程
R
1 2
g R
T
时空曲率 物质
物质使时空弯曲
运动方程
d 2x2 ds 2
dx n ds
dx ds
0
测地线方程
万有引力不是真正的力，是时空弯曲的表现
地球上的自由落体运动 行星绕日运动
2000年开始担任国家教育部中学《科学课程标 准》研制组组长，2001年开始主持编写初中《科学》 试验教材，该教材已开始在部分地区试用。
•1642年1月8日，伽利略逝世， 同年圣诞节牛顿诞生
•爱因斯坦（1879年3月14日～1955年4月18日） •霍金（1942年2月18日～）
•伽利略逝世300周年的那一天霍金诞生了
•相对论（狭义相对论）：1905年 •广义相对论：1915年
•明年是相对论发表100周年，爱因斯坦逝世50周年
谨以本讲座做为纪念活动的前奏！
爱因斯坦生平：
1879年3月14日
1895年 1896～1900年 1902～1909年
诞生于德国乌尔姆 中小学时代 德国慕尼黑 瑞士阿劳中学补习班一年 苏黎世工业大学 伯尔尼发明专利局
最亮的星有可能是看不见的 ( 暗星)
GMm 1
≥
mc 2
r2
2GM
r≤
c2
《天体力学》
第一版（1796年）、 第二版（1799年）、 第三版（1808年）
第三版中去掉“暗星”的预言
原因：
1801年托马斯·杨完成干涉实验， 光的波动说（惠更斯）战胜微粒说（牛顿）
1909～1914年 1914～1933年
1915年 1933～1955年
进入大学工作 （瑞士、布拉格等地） 德国物理研究所所长， 柏林大学教授，院士 提出广义相对论 美国普林斯顿大学高级研究所
科研情况（发表论文）：
•1901年发表论文1篇 •1902年发表论文2篇 •1903年发表论文1篇 •1904年发表论文1篇 •1905年发表论文5篇