相对论简介-课件（PPT-精）.pptVIP

《广义相对论简介》 2、等效原理： 一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。 * 体验经典理论对光速的理解 若车上的人持一个手电筒，沿车运动反方向射出一束光，车上及路边的人观测到的光速各是多大？ 1、Michelson-Morlay 实验（1881–1887） 当时认为光在“以太”（ether）中以速度c传播。 实验目的：干涉仪转90°，观测干涉条纹是否移动？ 实验结果：条纹无移动(零结果)。以太不存在，光速与参考系无关。 光速不变的实验证据 设“以太”相对太阳静止。 干涉仪转90°后 按照伽利略速度变换 ，时间间隔变成 干涉仪转90°引起时间差的变化为 由干涉理论，时间差的变化引起的移动条纹数 对于 但实验值为 与参考系无关。 ，这表明以太不存在，光速 “还在学生时代，我就在想这个问题了。我知道迈克耳逊实验的奇怪结果。我很快得出结论：如果我们承认麦克尔逊的零结果是事实，那么地球相对以太运动的想法就是错误的。这是引导我走向狭义相对论的最早的想法。” 爱因斯坦对麦克尔逊－莫雷实验的评价： 电磁学理论给出真空中电磁波的传播速度为 光速不变理论依据 其中 和 都是与参考系无关的常数。 真空中光速与参考系无关（即与光源的运动和观察者的运动无关），不服从伽利略变换。 1m是光在真空中1/299792458秒内所经过的距离。（长度测量方法） 1983年国际规定：真空中的光速为物理常数 两种惯性参考下，牛顿第二定律,匀变速运动规律都成立 v 小车上的人观察到小球作自由落体运动 分别求：以车为参考及以地面为参考两种情况下小球的加速度。 爱因斯坦《论动体的电动力学》1905 物理规律（包括力学规律）在一切惯性参考系中都具有相同的形式，即对物理规律来说，一切惯性系都是平等的。不存在任何一个特殊的惯性系，例如绝对静止的惯性系。 相对性原理： 在一个参照系中测得同时发生的两个事件，在另一个参照系中测得的未必同时发生，相对论中同时只有相对的意义。 结论： 练习：P106练习1、2 体验同时的相对性 高速运行的列车上，由车厢底部发出的闪光，对于车上的人来说，闪光是在竖直方向反射的，而车厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的． 由光速不变原理便得到不同的时间间隔 对于车厢内的人： 对于车厢外的人： h 对不同参考系，同一过程所用时间的测量结果是不同的，相对静止系中测得的时间最短。 结论： 体验长度的相对性 l0 v l v 请计算以车为参考及以地面为参考两种情况下，对同一物体长度测量结果之间的关系。 在相对运动方向上，一个参照系中测得的长度与另一个参照系中测得的长度不同，相对静止参考系中测得的长度长。 结论： 一观察者测得运动着的米尺长0.5m，问此尺以多大的速度接近观察者？ l 0 v 2 1 c 2 = l 1 0.5 c 2 = = c 0 l 2 1 l 2 = v 0.08c = 2.6×108 m/s 解：由长度收缩公式： 【例】长度为5m的飞船，相对地面的速度为 ，在地面测量飞船长度（测长）为 长度收缩效应也很难测出。 求有关问题时—先确定哪个是测长 ，再找原长。 【例】孪生子佯谬和孪生子效应 1961年，美国斯坦福大学的海尔弗利克在分析大量实验数据的基础上提出，寿命可以用细胞分裂的次数乘以分裂的周期来推算。对于人来说细胞分裂的次数大约为50次，而分裂的周期大约是2.4年，照此计算，人的寿命应为120岁。因此，用细胞分裂的周期可以代表生命过程的节奏。 设想有一对孪生兄弟，哥哥告别弟弟乘宇宙飞船去太空旅行。在各自的参考系中，哥哥和弟弟的细胞分裂周期都是2.4年。但由于时间延缓效应，在地球上的弟弟看来，飞船上的哥哥的细胞分裂周期要比2.4年长，他认为哥哥比自己年轻。而飞船上的哥哥认为弟弟的细胞分裂周期也变长，弟弟也比自己年轻。 假如飞船返回地球兄弟相见，到底谁年轻就成了难以回答的问题。 问题的关键是，时间延缓效应是狭义相对论的结果，它要求飞船和地球同为惯性系。要想保持飞船和地球同为惯性系，哥哥和弟弟就只能永别，不可能面对面地比较谁年轻。这就是通常所说的孪生子佯谬（twin paradox）。 如果飞船返回地球则在往返过程中有加速度，飞船就不是惯性系了。这一问题的严格求解要用到广义相对论，计算结果是，兄弟相见时哥哥比弟弟年轻。这种现象，被称为孪生子效应。 1971年，美国空军用两组Cs（铯）原子钟做实验。发现绕地球一周的运动钟变慢了203±10ns，而按广义相对论预言运动钟变慢184 ± 23 ns，在误差范围内理论值和实验值一致，验证了