经典时空观与相对论时空观 教学PPT课件.pptVIP

经典时空观与相对时空观 经典时空观与相对时空观 * 经典时空观与相对时空观 * 第二节：经典时空观与相对论时空观 * 经典时空观与相对时空观 * 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， 微观 高速 如原子、电子粒子， 光、电磁波及粒子衰变，速度为光速或接近光速 空间尺度 * 经典时空观与相对时空观 * 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！ 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 * 经典时空观与相对时空观 * ?. 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： 第一个问题 对于不同的参照系， 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， 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 一、 经典力学时空观 * 经典时空观与相对时空观 * 甲 乙 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 乙 站台 * 经典时空观与相对时空观 * 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。 符合牛顿运动定律 不符合牛顿运动定律 惯性系 非惯性系 * 经典时空观与相对时空观 * 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 * 经典时空观与相对时空观 * 如果甲测的小球下落时间为 如果乙测的小球下落时间为 例 甲 乙 站台 * 经典时空观与相对时空观 * 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。” 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 * 经典时空观与相对时空观 * 根据绝对时空观，得出几个结论 同时绝对性 时间间隔的绝对性 空间距离的绝对性 质量恒定不变 * 经典时空观与相对时空观 * 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 * 经典时空观与相对时空观 * 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. 任何参照系中测得的光在真空的 速率都应该是这一数值 * 经典时空观与相对时空观 * 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？ 困惑 ？？？ 这个时候整个物理学界陷入 * 经典时空观与相对时空观 * 爱因斯坦: Einstein 现代时空的创始人 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》 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 * 经典时空观与相对时空观 * 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: 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。 * 经典时空观与相对时空观 * 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