必修经典时空观与相对论时空观

2. 光速不变原理 在任何惯性系中， 自由空间（真空）中的光速具有相同的量值
也就是说，不管光源与观察者的相对运动如何， 在任一惯性系中的观察者所观测到的真空中的 光速都是相等的，
就是在看来如此简单且最一般的两个假设的基础上 爱因斯坦建立了一套完整的理论——狭义相对论
2020/2/29
经典时空观与相对时空观
惯性系 非惯性系
2020/2/29
经典时空观与相对时空观
6
第二个问题
相对于不同的参照系长度和时间的 测量是一样的吗？
对于空间和时间测量的问题， 牛顿力学是用绝对空间和绝对时间的概念来回答。
. 绝对时空观
所谓绝对空间是指长度的量度与参照系无关；
绝对时间是指时间的量度与参照系无关
这就是说，两点之间的距离，
无论在那个惯性系中测量都是一样的；
同样，前后发生的两个事件之间的时间，
无论在那个惯性系中测量都是一样的
2020/2/29
经典时空观与相对时空观
7
如果甲测的小球 例
下落时间为 t
v
站台
甲
如果乙测的小球
下落时间为 t
u 乙
t t
2020/2/29
经典时空观与相对时空观
8
牛顿本人曾说：“绝对空间，就其本性而言 与外界任何事物无关，而永远是相同的和不动的”， “绝对的、真正的和数学上的时间自己流逝着， 并由于它的本性而均匀地与任何外界对象无关地流逝着。”
①. 爱因斯坦假设
1. 爱因斯坦相对性原理 物理学定律在所有的惯性系中都是一样的， 也就是说，物理学定律与惯性系的选择无关
爱因斯坦相对性原理和牛顿相对性原理比较，
前者是后者的推广
2020/2/29
经典时空观与相对时空观
16
这就使得相对性原理不仅适用于力学现象， 而且适用于所有物理现象，包括电磁现象在内。
二十世纪初诞生的相对论和量子力学就是这场 从经典物理向近代物理变革的标志
本节介绍相对论的基础知识
2020/2/29
经典时空观与相对时空观
3
一、 经典力学时空观
对于不同的参照系， 第一个问题
基本力学定律的形式是完全一样吗？
对于第一个问题，牛顿力学的回答是干脆的：
. 伽利略相对性原理
对于任何惯性参照系，牛顿定律都成立， 这也就是说，对于不同的惯性参照系， 力学的基本定律——牛顿定律的形式是一样的。 这一结论称作伽利略相对性原理或力学相对性原理
2020/2/29
经典时空观与相对时空观
4
惯性参照系
牛顿定律适用的参照系 相对惯性系作匀速直线运动的参照系
例
甲 Fma
v
站台
甲
乙
F' ma'
v
乙
2020/2/29
经典时空观与相对时空观
5
选择的参考系不同，对运动的描述就不同：
例如：让两小球从同一高度同时自由下落。
不符合牛顿运动定律
符合牛顿运动定律
10
牛顿的伽利略相对性原理和绝对时空观 是作为两个基本假设提出来的， 它之所以为人们接受承认 一方面是牛顿力学在解决力学问题获得的巨大功； 另一方面观察结果与人们的经验相符。 但是十九世纪中叶， 人们在研究与物体运动有关的电磁现象时， 发现在电磁现象的规律不符合相对性原理
其中最典型的就是光速的问题
2020/2/29
经典时空观与相对时空观
11
c2 .9 9 18m 0 1S
任何参照系中测得的光在真空的 速率都应该是这一数值
这一结论还特别为后来的很多精确的实验所证实， 最著名的是1887年迈克尔逊和莫雷所做的实验。 它们都明确无误地证明光速的测量结果与光源和 测量者的相对运动无关，亦即与参照系无关。 可见光和电磁波的运动不服从伽利略相对原理.
自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中， 上帝说：“让牛顿去吧，”于是一切都成为光明。 后人续写道: 上帝说完多少年之后， 魔鬼说：“让爱因斯坦去吧，”于是一切又回到黑暗中。
2020/2/29
经典时空观与相对时空观
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
15
在这篇论文中，爱因斯坦提出了两个假设 并在这两个假设的基础上构筑了狭义相对论力学
二、狭义相对论时空观
按照这种观点：时间和空间是彼此独立， 互不相关并且独立于物质和运动之外的， 不受物质和运动的影响。
——绝对时空观
2020/2/29
经典时空观与相对时空观
9
根据绝对时空观，得出几个结论
① 同时绝对性 ② 时间间隔的绝对性 ③ 空间距离的绝对性 ④ 质量恒定不变
2020/2/29
经典时空观与相对时空观
微观 空间尺度 10 m 10 如原子、电子粒子，
光、电磁波及粒子衰变，速度
高速 3180m/s 为光速或接近光速
2020/2/29
经典时空观与相对时空观
2
这时人们发现牛顿力学在这些领域不再适用
物理学的发展要求对牛顿力学以及某些长期 认为是不言自明的基本观念作出根本性的变革，
物理学需要一场革命！
17
爱因斯坦相对性原理
物理学定律在所有的惯 性系中都是一样的，也 就是说，物理学定律与 惯性系的选择无关
光速不变原理
在任何惯性系中，自由 空间（真空）中的光速 具有相同的量值
讨论
Einstein 的相对性理论 是 Newton理论的发展
一切物 理规律
2020/2/29
经典时空观与相对时空观
12
伽利略相对原理和电磁规律的矛盾 促使人们思考下述问题：
绝对时空观的观念是不是需要 修正？
这个时候整个物理学界陷入
困惑 ？？？
2020/2/29
经典时空观与相对时空观
13
2020/2/29
20世纪最伟大的科学家 爱因斯坦对这个问题进行 了深入研究，
并在1905年发表了论文 《论动体的电动力学》
第二节：经典时空观与 相对论时空观
广东翁源第一高级中学 物理组：赵书华
2020/2/29
经典时空观与相对时空观
1
前面几章介绍了经典力学（牛顿力学）最基本的内容。 牛顿力学的基础就是以牛顿命名的那三条定律， 这一理论形成于十七世纪，在以后的两个多世纪里， 牛顿力学对科学和技术的发展起了巨大的推动作用， 同时自身也得到了很大发展。 但是，进入二十世纪， 物理学研究的领域开始深入到了微观高速领域，
在这篇论文里对上述问题 作出了对整个物理学界乃 至整个科学界都有变革意 义的回答
爱因斯坦: Einstein
现代时空的创始人
经典时空观与相对时空观
14
相对论的时空观念与人们固有
的时空观念差别很大，很难被普
通人所理解。人们都称赞爱因斯
坦伟大，但又常常弄不懂这伟大
的内容。这使人们想起英国诗人
波谱歌颂牛顿的诗句: