经典时空观与相对论时空观课件.ppt
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- 经典 时空观 相对论 课件
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1、2022-3-27经典时空观与相对时空观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。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,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,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,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。同时自身也得到了很大发展。但是,进入二十世纪,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,物理学研究的领域开始深入到了微观高速领
2、域,微观微观高速高速如原子、电子粒子,如原子、电子粒子,光、电磁波及粒子衰变,速光、电磁波及粒子衰变,速度为光速或接近光速度为光速或接近光速m1010 sm/8103 空间尺度空间尺度2022-3-27经典时空观与相对时空观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,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!物理学需要一场革命!二十世纪初诞生的二十世纪初诞生的相对论相对论和和量子力学量子力学就是这场就
3、是这场从从经典物理经典物理向向近代物理近代物理变革的标志变革的标志本节介绍本节介绍相对论相对论的基础知识的基础知识2022-3-27经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观3. 伽利略相对性原理伽利略相对性原理对于第一个问题,牛顿力学的回答是干脆的:对于第一个问题,牛顿力学的回答是干脆的:第一个问题第一个问题对于不同的参照系,对于不同的参照系,基本力学定律的形式是完全一样吗?基本力学定律的形式是完全一样吗?对于任何惯性参照系,牛顿定律都成立,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,这也就是说,对于不同的惯性参照系,力学的基本定律力学的基本定律牛顿定律的形式是一
4、样的。牛顿定律的形式是一样的。这一结论称作这一结论称作伽利略相对性原理伽利略相对性原理或或力学相对性原理力学相对性原理一、一、 经典力学时空观经典力学时空观2022-3-27经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观4甲甲 maF 乙乙maF 惯性参照系惯性参照系牛顿定律适用的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相对惯性系作匀速直线运动的参照系例例甲甲乙乙vv站台站台2022-3-27经典时空观与相对时空观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: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。例如:让两小球从同一高度同时
5、自由下落。符合牛顿运动定律符合牛顿运动定律不符合牛顿运动定律不符合牛顿运动定律惯性系惯性系非非惯性系惯性系2022-3-27经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观6第二个问题第二个问题相对于不同的参照系长度和时间相对于不同的参照系长度和时间的测量是一样的吗?的测量是一样的吗?对于空间和时间测量的问题,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。牛顿力学是用绝对空间和绝对时间的概念来回答。. 绝对时空观绝对时空观所谓绝对空间是指长度的量度与参照系无关;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绝对时间是指时间的量度与参照系无关这就是
6、说,两点之间的距离,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;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,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无论在那个惯性系中测量都是一样的2022-3-27经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观7如果如果甲甲测的小球测的小球下落时间为下落时间为如果如果乙乙测的小球测的小球下落时间为下落时间为tt tt 例例甲甲乙乙vu站台站台2022-3-27经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观8牛顿本人曾说:牛顿本人曾说:“绝对空间,就其本性而言绝对空间,就其本性而言与外界任何事物无
7、关,而永远是相同的和不动的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,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。并由于它的本性而均匀地与任何外界对象无关地流逝着。”按照这种观点:时间和空间是彼此独立,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,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。不受物质和运动的影响。 绝对时空观绝对时空观2022-3-27经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观9根据绝对时空观,得出几个结论根据绝对时空观,得出几个结论同时绝对性同时
8、绝对性时间间隔的绝对性时间间隔的绝对性空间距离的绝对性空间距离的绝对性质量恒定不变质量恒定不变2022-3-27经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观10牛顿的牛顿的伽利略相对性原理伽利略相对性原理和和绝对时空观绝对时空观是作为两个基本假设提出来的,是作为两个基本假设提出来的,它之所以为人们接受承认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;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。另一方面观察结果与人们的经验相符。但是十九世纪中叶,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,人们在研究与物体运动有关的电磁现象时,发现
9、发现在电磁现象的规律不符合在电磁现象的规律不符合相对性原理相对性原理其中最典型的就是其中最典型的就是光速的问题光速的问题2022-3-27经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观11这一结论还特别为后来的很多精确的实验所证实,这一结论还特别为后来的很多精确的实验所证实,最著名的是最著名的是18871887年迈克尔逊和莫雷年迈克尔逊和莫雷所做的实验。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。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可见光和电磁波的运动不服从伽利
10、略相对原理. .任何参照系中测得的光在真空的任何参照系中测得的光在真空的速率都应该是这一数值速率都应该是这一数值1810992 mSc.2022-3-27经典时空观与相对时空观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:促使人们思考下述问题:绝对时空观的观念是不是需要绝对时空观的观念是不是需要修正?修正?困惑困惑 ?这个时候整个物理学界陷入这个时候整个物理学界陷入2022-3-27经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观13爱因斯坦爱因斯坦: Einstein: Einstein现代时空的创始人现代时空的创始人2020世纪最伟
11、大的科学家世纪最伟大的科学家 爱因斯坦爱因斯坦对这个问题进行对这个问题进行了深入研究,了深入研究,并在并在19051905年发表了论文年发表了论文论动体的电动力学论动体的电动力学在这篇论文里对上述问题在这篇论文里对上述问题作出了对整个物理学界乃作出了对整个物理学界乃至整个科学界都有变革意至整个科学界都有变革意义的回答义的回答2022-3-27经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观14 2022-3-27经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观15在这篇论文中,爱因斯坦提出了在这篇论文中,爱因斯坦提出了两个假设两个假设并在这两个假设的基础上构筑了并在这两个假设的基础上构筑了狭义相对论力
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