GL.相对论讲座1-时空观.pdf

相 对 论 时 空 观 讲 座 •相对论包括: 狭义相对论与广义相对论 基于更普适,更深刻的时空观建立 应用于高能领域 相对论是近代物理核心基础理论之一 •相对论时空观基本思想 对物体系统的时间、空间及其有关的一系列观测, 都与被测物体系统的运动(该系统相对观测者的运动)有关； 都与被测物体系统所在时空中的物质存在及其引力作用有关 GL.相对论时空观讲座 2 •狭义相对论: 不计引力作用, 在惯性系中描述物体系统的存在、运动及其 有关问题的理论 •广义相对论: 计入物质的存在及其引力作用, 并将参考系推广到非惯性系, 描述物体系统的存在、运动及其有关问题的理论 •相对论时空观比绝对时空观更普适深刻精准 在高速(或高能)领域应用相对论,可获得高精度的实验验证 在低速(或低能)领域,相对论近似为绝对时空观下的理论形式 GL.相对论时空观讲座 3 基 本 概 念 一. 空间、时间: 描述物体存在的广延性—(位形)空间、物体运动的持续性—时间 二. 绝对时空、绝对参照系、绝对时空观 1.绝对时空: 空间、时间相互独立 ; 空间、时间独立于物体的运动; 空间、时间独立于物体的存在及其引力作用 如此观念下的空间时间,即为绝对时空 2.绝对参照系: 绝对空间可作为绝对参照系, (在其间填满―以太 either‖—认为 是传播 电磁波的介质,即为经典电磁绝对参照系) GL.相对论时空观讲座 4 3. 绝对时空观: 对物体系统的时空及其有关的观测, 与观测者及被观测系统的 相对运动无关; 与被观测系统所在时空中的物质存在及其引力 作用无关 ,此观念即为 绝对时空观 在两个不同的参照系,对同一个物体系统进行时空及其有关的 观测, 将两套观测结果相比对, 若两者相同, 即可体现绝对时空 观; 否则可体现相对时空观 4. 时空观的体现, 观测的绝对性、相对性: 对物体系统的时空及其有关的观测, 与观测者及被观测系统的 相对运动总是无关; 与被观测系统所在时空中的物质存在及其 引力作用总是无关,此观念即为绝对时空观,否则为相对时空观 在两个不同的参照系,对同一个物体系统进行时空及其有关的 观测,将两套观测结果相比对, 若两者总是相同, 称该观测具有 绝对性,即体现了绝对时空观, 否则称该观测具有相对性,体现 了相对时空观 GL.相对论时空观讲座 5 三.惯性参照系 建立在广义引力为零的空间的物体上的局域参照系,可作 成为惯性参照系(牛顿运动定律适用于惯性参照系) 四. 4维时空 以三维位形空间维度描述物体存在的广延性; 以一维的时间 维度描述物体运动的持续性,即构成四维时空(例如:四维时空 某一点的坐标,可取空间坐标 为 x, y , z , 时间坐标为 t ) 更高维度的时空,可对客观世界作出更丰富多彩的描述 五.事件—— 四维时空的一点,称为一个事件 例如, 位形空间坐标取为直角坐标, 则4维时空的一点 P, 即事件P记为P( x, y , z, t), 事件是描述物体的最基本出发点 GL.相对论时空观讲座 6 §1. 伽利略相对性原理、绝对时空观的体现 一.伽利略变换(Galilean Transformation, 简记 G -T ) 为清晰简便研讨时空观,取如下架构惯性系及最简观测对象 •两个架构呈最简程度不同的惯性系 K和 K′如下图所示 •四维时空的一点