相對論主要講什麼

2022-03-22 07:20:03 字數 2231 閱讀 3976

1樓:匿名使用者

相對論是關於時空和引力的基本理論,主要由愛因斯坦創立,分為狹義相對論(特殊相對論)和廣義相對論(一般相對論)。相對論的基本假設是光速不變原理,相對性原理和等效原理。相對論和量子力學是現代物理學的兩大基本支柱。

奠定了經典物理學基礎的經典力學,不適用於高速運動的物體和微觀領域。相對論解決了高速運動問題;量子力學解決了微觀亞原子條件下的問題。相對論極大的改變了人類對宇宙和自然的「常識性」觀念,提出了「同時的相對性」,「四維時空」「彎曲空間」等全新的概念。

愛因斯坦提出了兩條基本原理作為討論運動物體光學現象的基礎。第一個叫做相對性原理。它是說:

如果座標系k'相對於座標系k作勻速運動而沒有轉動,則相對於這兩個座標系所做的任何物理實驗,都不可能區分哪個是座標系k,哪個是座標系k′。第二個原理叫光速不變原理,它是說光(在真空中)的速度c是恆定的,它不依賴於發光物體的運動速度。

從表面上看,光速不變似乎與相對性原理衝突。因為按照經典力學速度的合成法則,對於k′和k這兩個做相對勻速運動的座標系,光速應該不一樣。愛因斯坦認為,要承認這兩個原理沒有牴觸,就必須重新分析時間與空間的物理概念。

2樓:匿名使用者

狹義相對論是建立在四維時空觀上的一個理論,因此要弄清相對論的內容,要先對相對論的時空觀有個大體瞭解。在數學上有各種多維空間,但目前為止,我們認識的物理世界只是四維,即三維空間加一維時間。現代微觀物理學提到的高維空間是另一層意思,只有數學意義,在此不做討論。

四維時空是構成真實世界的最低維度,我們的世界恰好是四維,至於高維真實空間,至少現在我們還無法感知。我在一個帖子上說過一個例子,一把尺子在三維空間裡(不含時間)轉動,其長度不變,但旋轉它時,它的各座標值均發生了變化,且座標之間是有聯絡的。四維時空的意義就是時間是第四維座標,它與空間座標是有聯絡的,也就是說時空是統一的,不可分割的整體,它們是一種」此消彼長」的關係。

四維時空不僅限於此,由質能關係知,質量和能量實際是一回事,質量(或能量)並不是獨立的,而是與運動狀態相關的,比如速度越大,質量越大。在四維時空裡,質量(或能量)實際是四維動量的第四維分量,動量是描述物質運動的量,因此質量與運動狀態有關就是理所當然的了。在四維時空裡,動量和能量實現了統一,稱為能量動量四矢。

另外在四維時空裡還定義了四維速度,四維加速度,四維力,電磁場方程組的四維形式等。值得一提的是,電磁場方程組的四維形式更加完美,完全統一了電和磁,電場和磁場用一個統一的電磁場張量來描述。四維時空的物理定律比三維定律要完美的多,這說明我們的世界的確是四維的。

可以說至少它比牛頓力學要完美的多。至少由它的完美性,我們不能對它妄加懷疑。

相對論中,時間與空間構成了一個不可分割的整體——四維時空,能量與動量也構成了一個不可分割的整體——四維動量。這說明自然界一些看似毫不相干的量之間可能存在深刻的聯絡。在今後論及廣義相對論時我們還會看到,時空與能量動量四矢之間也存在著深刻的聯絡。

物質在相互作用中作永恆的運動,沒有不運動的物質,也沒有無物質的運動,由於物質是在相互聯絡,相互作用中運動的,因此,必須在物質的相互關係中描述運動,而不可能孤立的描述運動。也就是說,運動必須有一個參考物,這個參考物就是參考系。

伽利略曾經指出,運動的船與靜止的船上的運動不可區分,也就是說,當你在封閉的船艙裡,與外界完全隔絕,那麼即使你擁有最發達的頭腦,最先進的儀器,也無從感知你的船是勻速運動,還是靜止。更無從感知速度的大小,因為沒有參考。比如,我們不知道我們整個宇宙的整體運動狀態,因為宇宙是封閉的。

愛因斯坦將其引用,作為狹義相對論的第一個基本原理:狹義相對性原理。其內容是:

慣性系之間完全等價,不可區分。

著名的麥克爾遜--莫雷實驗徹底否定了光的以太學說,得出了光與參考系無關的結論。也就是說,無論你站在地上,還是站在飛奔的火車上,測得的光速都是一樣的。這就是狹義相對論的第二個基本原理,光速不變原理。

由這兩條基本原理可以直接推匯出相對論的座標變換式,速度變換式等所有的狹義相對論內容。比如速度變幻,與傳統的法則相矛盾,但實踐證明是正確的,比如一輛火車速度是10m/s,一個人在車上相對車的速度也是10m/s,地面上的人看到車上的人的速度不是20m/s,而是(20-10^(-15))m/s左右。在通常情況下,這種相對論效應完全可以忽略,但在接近光速時,這種效應明顯增大,比如,火車速度是0。

99倍光速,人的速度也是0。99倍光速,那麼地面觀測者的結論不是1。98倍光速,而是0。

999949倍光速。車上的人看到後面的射來的光也沒有變慢,對他來說也是光速。因此,從這個意義上說,光速是不可超越的,因為無論在那個參考系,光速都是不變的。

速度變換已經被粒子物理學的無數實驗證明,是無可挑剔的。正因為光的這一獨特性質,因此被選為四維時空的唯一標尺。等等....

《相對論》的主要內容

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