光學(xué)相對(duì)論簡(jiǎn)介

1、第6章相對(duì)論簡(jiǎn)介牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系，稱為慣性參考系，簡(jiǎn)稱慣性系牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立的參考系，稱為非慣性系（2）了解經(jīng)典的相對(duì)性原理 運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性中國(guó)古代研究：尚書緯考靈曜 “地恒動(dòng)而人不知，譬如閉舟而行不覺(jué)舟之運(yùn)也。” 伽里略相對(duì)性原理關(guān)于兩種世界體系的對(duì)話： “理想船實(shí)驗(yàn)”伽里略速度變換公式 ：牛頓力學(xué)的不變性： 邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理圖 實(shí)驗(yàn)干涉條紋 （4）知道狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理：相對(duì)性原理 一切物理定律，在不同的慣性系中是相同的 光速不變?cè)?光在真空中的傳播速度在不同的慣性系中測(cè)得的數(shù)值都是相同的 (2)長(zhǎng)度的相對(duì)性 - v車上的人看到的車廂的長(zhǎng)度

2、：車外的人看到的車廂的長(zhǎng)度：(3)時(shí)間間隔的相對(duì)性在站臺(tái)上看運(yùn)動(dòng)火車上的鐘在火車上看運(yùn)動(dòng)站臺(tái)上的鐘相對(duì)速度與動(dòng)鐘延緩效應(yīng) ( =1s）V（米/秒）0.1c=31070.5c 0.8c0.9c 0.99c 0.999c 0.9998c T(秒) 1.01 1.15 1.67 2.29 7.122.4 50 (5)時(shí)空相對(duì)性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 根據(jù)相對(duì)論，時(shí)間在運(yùn)動(dòng)中會(huì)進(jìn)行的比較緩慢，也就是說(shuō)，在空間中高速移動(dòng)的時(shí)鐘，比固定于地面上的時(shí)鐘走得慢1971年，科學(xué)家將銫原子鐘放在噴氣式飛機(jī)中作環(huán)球飛行，然后與地面的基準(zhǔn)鐘對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)言符合的很好這是相對(duì)論的第一次宏觀驗(yàn)證【教學(xué)建議】狹義相對(duì)論的其他三個(gè)

3、結(jié)論狹義相對(duì)論的三個(gè)重要結(jié)論相對(duì)論的速度疊加公式相對(duì)論質(zhì)量質(zhì)能方程(2)相對(duì)論質(zhì)量 物體的運(yùn)動(dòng)速度不能無(wú)限增加，那么物體的質(zhì)量是否隨著速度而變化？ 嚴(yán)格的論證表明，物體高速（與光速相比）運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量與它靜止時(shí)的質(zhì)量之間有下面的關(guān)系：m為運(yùn)動(dòng)質(zhì)量m0為靜止質(zhì)量質(zhì)速關(guān)系曲線知識(shí)回顧： 微觀粒子的速度很高，它的質(zhì)量明顯的大于靜止質(zhì)量在研究制造回旋加速器時(shí)必須考慮相對(duì)論效應(yīng)的影響1988年，中國(guó)第一座高能粒子加速器北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)首次對(duì)撞成功物體的能量和質(zhì)量之間存在著某種聯(lián)系： 物體的能量和質(zhì)量之間存在密切的聯(lián)系，他們的關(guān)系是：愛(ài)因斯坦（3）質(zhì)能方程這就是著名的質(zhì)能方程第3課時(shí) 廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介(1)

4、超越狹義相對(duì)論的思考 介紹愛(ài)因斯坦思考狹義相對(duì)論無(wú)法解決的兩個(gè)問(wèn)題：第一個(gè)是引力問(wèn)題，萬(wàn)有引力定律不滿足洛倫茲變換，無(wú)法納人狹義相對(duì)論的理論框架；第二個(gè)是非慣性系問(wèn)題，狹義相對(duì)論只適用于慣性系。它們是促成廣義相對(duì)論的前提。 （2）廣義相對(duì)論等效原理 在一個(gè)引力可以忽略的宇宙空間有一艘宇宙飛船在做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，船上的觀察者記錄光的徑跡是一條拋物線半透明屏光源等效原理引力場(chǎng)與勻加速參考系等價(jià) 假設(shè)飛船靜止，而在船尾存在一個(gè)巨大的物體，在它的引力場(chǎng)作用下,光的軌跡也是一條拋物線。（3）廣義相對(duì)論主要結(jié)論通常物體的引力場(chǎng)都太弱，20世紀(jì)只能觀測(cè)到太陽(yáng)引力場(chǎng)引起的光線彎曲太陽(yáng)由于太陽(yáng)引力場(chǎng)的作用，我們

5、有可能觀測(cè)到太陽(yáng)后面的恒星，最好的觀測(cè)時(shí)間是發(fā)生日全食的時(shí)候1919年5月29日，發(fā)生日全食，英國(guó)考察隊(duì)分赴幾內(nèi)亞灣和巴西進(jìn)行觀測(cè)，證實(shí)了愛(ài)因斯坦的預(yù)言，這是對(duì)相對(duì)論的最早證實(shí)廣義相對(duì)論結(jié)論（1）光線彎曲廣義相對(duì)論結(jié)論（2）透鏡效應(yīng) 星球的強(qiáng)引力場(chǎng)能使背后傳來(lái)的光線匯聚，這種現(xiàn)象叫做引力透鏡效應(yīng)星體星體無(wú)法觀測(cè)黑洞宇宙中很可能存在黑洞，它不輻射電磁波，因此無(wú)法直接觀測(cè)，但是它的巨大質(zhì)量和極小的體積使其附近產(chǎn)生極強(qiáng)的引力場(chǎng)，引力透鏡是探索黑洞的途徑之一廣義相對(duì)論結(jié)論（3）引力場(chǎng)影響時(shí)間引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別 對(duì)于高速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤，除了轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置外，各點(diǎn)都在做加速運(yùn)動(dòng)，越是

6、靠近邊緣，加速度越大，方向指向盤心 地面上看到：越是靠近邊緣，速度越大根據(jù)狹義相對(duì)論，靠近邊緣部位的時(shí)間進(jìn)程較慢 圓盤上的人認(rèn)為：盤上存在引力場(chǎng)，方向由盤心指向邊緣，引力勢(shì)較低，得出：引力勢(shì)較低的位置，時(shí)間進(jìn)程比較慢各類星體對(duì)比宇宙中有一類恒星，體積很小，質(zhì)量卻很大，叫做矮星，引力勢(shì)比地球低的多，矮星表面的時(shí)間進(jìn)程比較慢，哪里的發(fā)光的頻率比同種的原子在地球上發(fā)光頻率低，看起來(lái)偏紅，這個(gè)現(xiàn)象叫做引力紅移廣義相對(duì)論結(jié)論（4）引力紅移引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的桿的長(zhǎng)度出現(xiàn)了差別 地面上看到：越是靠近邊緣，速度越大根據(jù)狹義相對(duì)論，靠近邊緣部位的桿的長(zhǎng)度較短 圓盤上的人認(rèn)為：引力勢(shì)較低的位置，桿的長(zhǎng)度越短廣義相對(duì)論結(jié)論（5）引力場(chǎng)影響長(zhǎng)度引力勢(shì)由高到低變化 由于物質(zhì)的存在，實(shí)際空間并不是均勻的，空間發(fā)生了“彎曲”：點(diǎn)擊觀看狹義、廣義相對(duì)論比較狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論不同的慣性參考系中一切物理規(guī)律都是相同的 任何參考系（包括非慣性系）中物理規(guī)律都是相同的真空中的光速在不同慣性參考系中都是相等的 一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)更進(jìn)一步等