建立了狹義相對論課件

第十二章相對論簡介

§12.1狹義相對論的歷史背景§12.2洛倫茲變換§12.3相對論的速度變換§12.4相對論的動量和能量§12.5廣義相對性原理

§12.6引力場與彎曲時(shí)空

§12.7廣義相對論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

1第十二章相對論簡介§12.1狹義相對論的歷史背景

A.愛因斯坦——20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家。1879年3月14日生于德國烏耳姆，1900年畢業(yè)于瑞士蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)。1905年獲蘇黎世大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位，

同一年年，愛因斯坦在科學(xué)史上創(chuàng)造了史無前例的奇跡——建立了狹義相對論，推動了整個(gè)物理學(xué)理論的革命。1955年4月19日在美國逝世。愛因斯坦簡介2A.愛因斯坦——20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家

相對論的時(shí)空觀念與人們固有的時(shí)空觀念差別很大，很難被普通人所理解。人們都稱贊愛因斯坦偉大，但又常常弄不懂這偉大的內(nèi)容。這使人們想起英國詩人波譜歌頌牛頓的詩句:

自然界和自然界的規(guī)律隱藏在黑暗中，上帝說：“讓牛頓去吧，”于是一切都成為光明。后人續(xù)寫道:上帝說完多少年之后，魔鬼說：“讓愛因斯坦去吧，”于是一切又回到黑暗中。

1905年，除去博士論文外，愛因斯坦連續(xù)發(fā)表了4篇重要論文。3月，發(fā)表了解釋光電效應(yīng)的論文，提出光子說；5月，發(fā)表關(guān)于布朗運(yùn)動的論文，間接證明了分子的存在；6月，發(fā)表“論運(yùn)動媒質(zhì)的電動力學(xué)”的論文，提出了狹義相對論；9月發(fā)表了有關(guān)質(zhì)能關(guān)系式的論文，指出能量等于質(zhì)量乘光速的平方E=mc2。這四篇論文中任何一篇，都夠得上拿諾貝爾獎(jiǎng)。3相對論的時(shí)空觀念與人們固有的時(shí)空觀念差別很§12.1狹義相對論的歷史背景§12.1.1麥克斯韋方程建立引起的問題第十二章相對論簡介機(jī)械波的傳播介質(zhì)是彈性連續(xù)介質(zhì).電磁波的傳播介質(zhì)？——以太(Aether)1865年麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在.麥克斯韋方程不具備伽利略變換的不變性.以太是否存在？4§12.1狹義相對論的歷史背景§12.1.1麥克歷史背景及重要實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)牛頓力學(xué)麥克斯韋電磁場理論熱力學(xué)與經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論?19世紀(jì)后期，經(jīng)典物理學(xué)的三大理論體系使經(jīng)典物理學(xué)已趨于成熟。兩朵烏云：?邁克耳遜——莫雷“以太漂移”實(shí)驗(yàn)?

黑體輻射實(shí)驗(yàn)?近代物理不是對經(jīng)典理論的簡單否定?近代物理不是經(jīng)典理論的補(bǔ)充，而是全新的理論狹義相對論量子力學(xué)?近代物理學(xué)的兩大支柱，逐步建立了新的物理理論。5歷史背景及重要實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)牛頓力學(xué)麥克斯韋電磁場理論熱力學(xué)與經(jīng)典§12.1.2菲索與邁克耳孫——莫雷實(shí)驗(yàn)1.菲索實(shí)驗(yàn)（流水對光速影響實(shí)驗(yàn)）BMSBOIMMv由經(jīng)典理論,由B處分成的兩束光回至B處時(shí)間差為6§12.1.2菲索與邁克耳孫——莫雷實(shí)驗(yàn)1.菲索實(shí)驗(yàn)水速v<<ck為曳引系數(shù),0<k<1菲索實(shí)驗(yàn)認(rèn)為以太被部分拖動.對于空氣可認(rèn)為不被曳引.2.邁克孫—莫雷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)初想:測出地球相對于以太的運(yùn)動速度.基本原理：光相對絕對參照系c,光相對運(yùn)動系(地球)c,

運(yùn)動系(地)相對絕對系v,(可測)(已知)(推知)利用干涉條紋移動測c.7水速v<<ck為曳引系數(shù),0<k<1菲索實(shí)驗(yàn)地球相對以太的速度（公轉(zhuǎn)速度）M2M1*STG干涉條紋光沿①(GM1)往返一次的時(shí)間為8地球相對以太的速度M2M1*STG干涉條紋光沿①(GM1)往往2返21llGTc-vc+v221M2M1光沿②往返一次的時(shí)間為9往2返21llGTc-vc+v221M2M1光沿②往返一將干涉儀轉(zhuǎn)90

，得實(shí)驗(yàn)結(jié)果：無條紋的移動.時(shí)間差的改變，對應(yīng)光程差的改變，從而引起干涉條紋的移動.邁克耳孫－莫雷實(shí)驗(yàn)否定了“以太”的存在.10將干涉儀轉(zhuǎn)90，得實(shí)驗(yàn)結(jié)果：無條紋的移動.時(shí)間差的改變研究的問題:

事件：某一時(shí)刻發(fā)生在某一空間位置的事例。例如：車的出站、進(jìn)站，火箭的發(fā)射，部隊(duì)的出發(fā)，總攻的發(fā)起，城市的攻占。在坐標(biāo)系中，一個(gè)事件對應(yīng)于一組時(shí)空坐標(biāo)。兩組時(shí)空坐標(biāo)之間的關(guān)系稱為坐標(biāo)變換。在兩個(gè)慣性系（實(shí)驗(yàn)室參考系S與運(yùn)動參考系S

）中考察同一物理事件。1.伽利略相對性原理經(jīng)典力學(xué)相對性原理與時(shí)空觀§12.1.3關(guān)于相對性原理的思考經(jīng)典力學(xué)是建立在絕對時(shí)空觀的基之上.愛因斯坦建立了相對論時(shí)空觀.11研究的問題:事件：某一時(shí)刻發(fā)生在某一空間位置的事例。兩兩個(gè)參考系（約定系統(tǒng)）o與o

重合時(shí)，計(jì)時(shí)開始。如圖，S，S

相應(yīng)坐標(biāo)軸保持平行，x，x‘

軸重合，S’相對S以速度u沿x軸作勻速直線運(yùn)動。oO’伽利略變換事件：t時(shí)刻，物體到達(dá)P點(diǎn)正變換12兩個(gè)參考系（約定系統(tǒng)）o與o重合時(shí)，計(jì)時(shí)開始。如圖，S，伽利略變換正變換逆變換速度變換正逆加速度變換（u=常數(shù)）13伽利略變換正變換逆變換速度變換正逆加速度變換（u=常數(shù)）在兩個(gè)慣性系中（二）伽利略的相對性原理牛頓力學(xué)中：相互作用力是客觀的，分析力與參考系無關(guān)。質(zhì)量的測量與運(yùn)動無關(guān)。宏觀低速物體的力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中形式相同。或牛頓力學(xué)規(guī)律在伽利略變換下形式不變。如：動量守恒定律伽利略14在兩個(gè)慣性系中（二）伽利略的相對性原理牛頓力學(xué)中：相互作用力據(jù)伽利略變換，可得到經(jīng)典時(shí)空觀（1）同時(shí)的絕對性在同一參照系中，兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生據(jù)伽利略變換，在另一參照系中，在其他慣性系中，兩個(gè)事件也一定同時(shí)發(fā)生。2.經(jīng)典力學(xué)時(shí)空觀（2）時(shí)間間隔的測量是絕對的在同一參照系中，兩個(gè)事件先后發(fā)生，其間隔為據(jù)伽利略變換，在另一參照系中，在其他慣性系中，兩個(gè)事件的時(shí)間間隔不變。15據(jù)伽利略變換，可得到經(jīng)典時(shí)空觀（1）同時(shí)的絕對性在同一參照系§2狹義相對論基本原理1)電磁場方程組不服從伽利略變換2)光速c是常量——不論從哪個(gè)參考系中測量牛頓力學(xué)的困難16§2狹義相對論基本原理1)電磁場方程組不服從伽利擊前瞬間擊后瞬間先出球，后擊球

----先后顛倒舉一簡單例子說明：光速與光源運(yùn)動速度相關(guān)出現(xiàn)的矛盾。光傳到乙的時(shí)間：光傳到乙的時(shí)間：因此，為保證因果關(guān)系的正確性，光速為常數(shù)。17擊前瞬間擊后瞬間先出球，后擊球----先后顛倒舉一簡單例子§12.2狹義相對論基本原理洛倫茲變換

§12.2.1狹義相對論的基本假設(shè)

物理定律在所有慣性系中都是同形的，因此各個(gè)慣性系中都是等價(jià)的，不存在特殊的絕對慣性系.1.相對性原理或：物理定律在所有慣性系中具有數(shù)學(xué)形式不變性，即協(xié)變性.所有的慣性系中，光在真空中的傳播速率具有相同的值c.2.光速不變原理18§12.2狹義相對論基本原理洛倫茲變換§12.2§12.2.2洛倫茲變換洛倫茲變換——新的時(shí)空變換關(guān)系,該變換滿足：（1）光速不變原理和狹義相對性原理;（2）當(dāng)物體運(yùn)動速率遠(yuǎn)小于真空中的光速時(shí)，新的變換關(guān)系能使伽利略變換重新成立.yzxOS

S

x

y

z

O

yzxOS

S

x

y

z

O

19§12.2.2洛倫茲變換洛倫茲變換——新的時(shí)空變換關(guān)系,該對于S系而言，其波面(波前)到達(dá)(x，y，z)處所需時(shí)間為：對于系而言，其波面（波前）到達(dá)處所需時(shí)間，根據(jù)光速不變原理得20對于S系而言，其波面(波前)到達(dá)(x，y，z)處所需時(shí)間為：根據(jù)相對性原理知，新的時(shí)空關(guān)系必須是線性的，這樣才能保證在S系的勻速直線運(yùn)動，在S

系也是勻速直線運(yùn)動，可推導(dǎo)得時(shí)空坐標(biāo)的洛倫茲變換時(shí)空坐標(biāo)的洛倫茲逆變換其中21根據(jù)相對性原理知，新的時(shí)空關(guān)系必須是線性的，說明:(1)若u>c，

無意義。|u|

c

光速是物體運(yùn)動的極限速度.(3)若|u|<<c,

1,

0洛伽利略變換.(2)時(shí)間與運(yùn)動有關(guān)，與空間有關(guān).22說明:(1)若u>c，無意義。|u|c§12.2.3洛倫茲變換蘊(yùn)含的時(shí)空觀1.同時(shí)的相對性23§12.2.3洛倫茲變換蘊(yùn)含的時(shí)空觀1.同時(shí)的相對性2討論：①若（S上同時(shí)不同地點(diǎn)的兩事件）不同時(shí)②即只有在S中同時(shí)同地點(diǎn)的事件，在S

中才是同時(shí)的.③即在S系中不同時(shí)刻，不同地點(diǎn)的兩事件，在S

中有可能同時(shí).④對于有因果關(guān)系的兩個(gè)事件，時(shí)間順序不會顛倒.24討論：①若（S上同時(shí)不同地點(diǎn)的兩事件）不同時(shí)②即只有在2.運(yùn)動的桿縮短靜長度(固有長度)——相對觀察者靜止時(shí)的長度l0.

當(dāng)棒相對觀察者以u運(yùn)動時(shí)，觀測長度l=?設(shè)棒與S

系固定,u為x方向,棒相對于S

的長度為在S上觀察，必須同時(shí)測出棒各端點(diǎn)坐標(biāo)，S

Sxyzl252.運(yùn)動的桿縮短靜長度(固有長度)——相對觀察者靜止時(shí)的長注意：長度的縮短是相對的.對給定的桿,在相對于它靜止的坐標(biāo)系中，長度最大.3.運(yùn)動的時(shí)鐘變慢設(shè)在S

系中同一地點(diǎn)x

=

處發(fā)生二個(gè)事件的時(shí)間間隔為在S上看，二事件發(fā)生于t1和t2，相隔26注意：長度的縮短是相對的.對給定的桿,在相對于它靜止的即運(yùn)動時(shí)大于固有時(shí)，或說運(yùn)動的時(shí)鐘變慢了.27即運(yùn)動時(shí)大于固有時(shí)，或說運(yùn)動的時(shí)鐘變慢了.27時(shí)鐘變慢u

tdlC′S′系中，A′處有閃光光源及時(shí)鐘C′。M′為反射鏡。第一事件：閃光從A′發(fā)出第二事件：經(jīng)發(fā)射返回A′y′x′udM′A′C′S′系中：S系中的觀察（不同點(diǎn)）：28時(shí)鐘變慢utdlC′S′系中，A′處有閃光光源及時(shí)鐘CS系中的觀察（不同點(diǎn)）：S′系中：S系中：29S系中的觀察（不同點(diǎn)）：S′系中：S系中：29S系中觀察者看到的情況在S系中看來S’時(shí)鐘變緩30S系中觀察者看到的情況在S系中看來S’時(shí)鐘變緩30S系中觀察者看到的情況在S系中看來S’時(shí)鐘變緩31S系中觀察者看到的情況在S系中看來S’時(shí)鐘變緩31在S’系中看來S時(shí)鐘變緩S’系中觀察者看到的情況32在S’系中看來S時(shí)鐘變緩S’系中觀察者看到的情況32S’系中觀察者看到的情況在S’系中看來S時(shí)鐘變緩33S’系中觀察者看到的情況在S’系中看來S時(shí)鐘變緩33作為練習(xí)題，同學(xué)們證明S’系看S系中時(shí)鐘也變緩。在S’系中看來S時(shí)鐘變緩34作為練習(xí)題，同學(xué)們證明S’系看S系中時(shí)鐘也變緩。在S’系中看§12.2.4尺縮鐘慢的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)[例題1]有文獻(xiàn)報(bào)道在高為1981m的山頂上測得563個(gè)

子進(jìn)入大氣層,在海平面測得408個(gè).示意如圖12.5.已知

子下降速率為0.995c，c表示真空中光速.試解釋上述測得結(jié)果.[解]

子速率已達(dá)0.995c,非常接近光速,應(yīng)用相對論.但為了與經(jīng)典觀點(diǎn)比較,先按經(jīng)典的時(shí)空觀求解,按非相對論時(shí)空觀，時(shí)間是絕對的,因而

子運(yùn)動時(shí)和靜止的半衰期相同,即亦為

0.

子降落時(shí)間為t=1981/0.995c

35§12.2.4尺縮鐘慢的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)[例題1]有文獻(xiàn)報(bào)即僅有27個(gè)

子到達(dá)海平面,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不合.現(xiàn)在運(yùn)用相對論研究.首先以地球?yàn)閰⒖枷?

子運(yùn)動時(shí)間仍為t=1981/0.995c.但因動鐘變慢,運(yùn)動的

介子的半衰期應(yīng)為36即僅有27個(gè)子到達(dá)海平面,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不合.現(xiàn)在運(yùn)用相再從與

子一起運(yùn)動的參考系研究.此參考系中

子靜止,故其半衰期仍為;但因“動尺縮短”,山的高度成為故得與前面結(jié)果相同.此結(jié)果與實(shí)驗(yàn)基本符合.37再從與子一起運(yùn)動的參考系研究.此參考系中子靜止,故其半衰[例題2]如圖表示氣泡室中一些基本粒子的軌跡.其中描寫一

介子與質(zhì)子相碰產(chǎn)生其他粒子，圖中K+即碰撞處。我們僅考慮它們之中的K0粒子.它經(jīng)d=110-1m的距離便衰變?yōu)閮蓚€(gè)具有相反電荷的

介子.若K0的速度為v=2.24108m/s,試求其固有壽命.38[例題2]如圖表示氣泡室中一些基本粒子的軌跡.其中描[解]粒子的速率已達(dá)2.24108m/s,達(dá)光速70%以上,應(yīng)當(dāng)用相對論計(jì)算.題中d和v顯然是實(shí)驗(yàn)室中測得的.從實(shí)驗(yàn)室測得的粒子運(yùn)動的時(shí)間間隔為表明固有時(shí)間間隔最短.K0粒子的固有壽命應(yīng)為39[解]粒子的速率已達(dá)2.24108m/s,達(dá)光速70%§12.3相對論的速度變換設(shè)坐標(biāo)系S

相對于坐標(biāo)系S以速度u沿x軸正向運(yùn)動,則對于S系而言：則對于S

系而言：從v

x討論(12.3.1)40§12.3相對論的速度變換設(shè)坐標(biāo)系S相代入（12.3.1）式中得41代入（12.3.1）式中得41逆變換正變換42逆變換正變換42菲涅爾研究介質(zhì)對其中光速的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果[例題]試用相對論證明43菲涅爾研究介質(zhì)對其中光速的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果[例題]試[解]按折射率與光速關(guān)系,光在靜止介質(zhì)中的光速為c/n.又因介質(zhì)運(yùn)動和光傳播同方向或相反,由洛倫茲速度變換,得略掉及更高階小量,即得證.[例題]試用相對論證明又可寫作44[解]按折射率與光速關(guān)系,光在靜止介質(zhì)中的光速為c/n.在狹義相對論中討論運(yùn)動學(xué)問題的思路如下：1、確定兩個(gè)作相對運(yùn)動的慣性參照系；2、確定所討論的兩個(gè)事件；3、表示兩個(gè)事件分別在兩個(gè)參照系中的時(shí)空坐標(biāo)或其時(shí)空間隔；4、用洛侖茲變換討論。原時(shí)是在某坐標(biāo)系中同一地點(diǎn)發(fā)生的兩個(gè)事件的時(shí)間間隔；原長是物體相對某參照系靜止時(shí)兩端的空間間隔。小結(jié)注意45在狹義相對論中討論運(yùn)動學(xué)問題的思路如下：原時(shí)是在某坐標(biāo)系中同例:一飛船和慧星相對于地面分別以0.6c和0.8c速度相向運(yùn)動，在地面上觀察，5s后兩者將相撞，問在飛船上觀察，二者將經(jīng)歷多長時(shí)間間隔后相撞？解答一:兩者相撞的時(shí)間間隔Δt=5s是運(yùn)動著的對象（飛船和慧星）發(fā)生碰撞的時(shí)間間隔，因此是運(yùn)動時(shí)．在飛船上觀察的碰撞時(shí)間間隔

t

是以速度v=0.6c運(yùn)動的系統(tǒng)的靜止時(shí)，根據(jù)時(shí)間膨脹公式可得時(shí)間間隔為關(guān)鍵：46例:一飛船和慧星相對于地面分別以0.6c和0.8c速度相YoXX’Y’uo’解答二：飛船選擇兩個(gè)參照系事件1飛船到（地）x1x1事件2同時(shí)觀察到彗星到（地）x2x2事件3再觀察到飛船和彗星在（地）x3處相撞vx3地：事件1、2在t0時(shí)同時(shí)發(fā)生，事件3在t1時(shí)發(fā)生。t0t0t1飛船：3個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間分別為：47YoXX’Y’uo’解答二：飛船選擇兩個(gè)參照系事件1飛船YoXX’Y’uo’飛船x1x2vx3地：事件1、2在

t0時(shí)同時(shí)發(fā)生，事件3t1時(shí)發(fā)生。t0t0t1飛船：3個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間分別為：48YoXX’Y’uo’飛船x1x2vx3地：事件1、2在解答三地：飛船：注意：飛船看彗星的速度YoXX’Y’uo’飛船x1x2vx3t0t0t149解答三地：飛船：注意：飛船看彗星的速度YoXX’Y’uo（地）在t0時(shí)同時(shí)觀察到彗星和飛船，但（飛船）兩事件不同時(shí)。（飛船）：彗星已經(jīng)向飛船運(yùn)動了5.25s，到了x4YoXX’Y’uo’飛船x1x2vx3t0t0t1V’x450（地）在t0時(shí)同時(shí)觀察到彗星和飛船，但（飛船）兩事件不同時(shí)。思考題2：

一個(gè)人扛一個(gè)固有長度為L的梯子，以相對地面速度v沖進(jìn)一個(gè)固有長度為L的廠房。當(dāng)梯子末端剛進(jìn)廠房時(shí)，梯子的前端將處在什么位置？思考題1：兩個(gè)相距L的點(diǎn)光源，正好可用一長度為L的擋板將它擋住?，F(xiàn)使擋板以速度v運(yùn)動。試問擋板能否同時(shí)擋住這兩個(gè)點(diǎn)光源？AB51思考題2：一個(gè)人扛一個(gè)固有長度為L的梯子，以相對地面速度v§12.4相對論的動量和能量§12.4.1相對論的動量相對論的四維動量為其中為動量的三個(gè)空間分量1.相對論動量矢量式52§12.4相對論的動量和能量§12.4.1相對論質(zhì)速關(guān)系m0為靜止質(zhì)量光子靜止質(zhì)量為零.1901年考夫曼發(fā)現(xiàn)電子的質(zhì)量是隨速度增加而增加的.m>m0已被實(shí)驗(yàn)證實(shí).m/m012340.20.41.000.60.8v/c52.質(zhì)速關(guān)系3.動力學(xué)方程53質(zhì)速關(guān)系m0為靜止質(zhì)量光子靜止質(zhì)量為零.§12.4.2相對論的質(zhì)能公式1.運(yùn)動粒子的總能量——質(zhì)能關(guān)系式2.靜止能量是物質(zhì)的最小能量，是物質(zhì)內(nèi)能的總和.3.質(zhì)能關(guān)系的另一種形式說明質(zhì)量與能量是不可分割,物質(zhì)和運(yùn)動不可分割.54§12.4.2相對論的質(zhì)能公式1.運(yùn)動粒子的總能量與經(jīng)典一致當(dāng)v<<c

時(shí)4.動能55與經(jīng)典一致當(dāng)v<<c時(shí)4.動能555.實(shí)驗(yàn)證明最早對相對論質(zhì)量—能量關(guān)系提供的實(shí)驗(yàn)證明之一，是1932年由考克羅夫特（J.D.Cockcroft）和瓦爾頓（G.T.S.Walton）提供的.他們利用加速器加速質(zhì)子并轟擊鋰（Li）靶.鋰原子核吸收質(zhì)子形成不穩(wěn)定的核隨即蛻變?yōu)閮蓚€(gè)

粒子，它們以高速沿相反的方向運(yùn)動.在這一核反應(yīng)中，反應(yīng)前后的總能量和總質(zhì)量必然守恒，因而減少的質(zhì)量和靜止的能量必轉(zhuǎn)化為動能.實(shí)驗(yàn)結(jié)果確實(shí)如此.原子彈和氫彈技術(shù)都是狹義相對論質(zhì)能關(guān)系的應(yīng)用，而它們的成功也是狹義相對論的驗(yàn)證.565.實(shí)驗(yàn)證明最早對相對論質(zhì)量—能量關(guān)系提供§12.4.3動量-能量公式對光子m0=057§12.4.3動量-能量公式對光子m0=057對光子m0=0當(dāng)v<<c時(shí)經(jīng)典動能-動量關(guān)系58對光子m0=0當(dāng)v<<c時(shí)經(jīng)典動能-動量關(guān)系動量守恒[解]復(fù)合粒子靜止質(zhì)量[例題]設(shè)有兩靜止質(zhì)量為m0的粒子，以大小相同、方向相反的速率3c/5相撞，碰后合成一個(gè)復(fù)合粒子.試計(jì)算這個(gè)復(fù)合粒子的靜止質(zhì)量和運(yùn)動速度.故碰后復(fù)合粒子速度v＝0能量守恒59動量守恒[解]復(fù)合粒子靜止質(zhì)量[例題]設(shè)有兩靜止質(zhì)量為m0與動能相應(yīng)的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為靜止質(zhì)量，從而使碰撞后復(fù)合粒子的靜質(zhì)量增大了，但相對論質(zhì)量保持守恒！實(shí)際上m復(fù)0＝2m是兩個(gè)粒子的動質(zhì)量，等于復(fù)合后粒子的靜質(zhì)量，質(zhì)量是守恒的.60與動能相應(yīng)的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為靜止質(zhì)量，從而使碰撞后§12.4.4動量中心在狹義相對論中，若相對于某參考系質(zhì)點(diǎn)系中各質(zhì)點(diǎn)動量的矢量和為零，即則該參考系稱作動量中心系.61§12.4.4動量中心在狹義相對論中，§12.5廣義相對性原理§12.5.1關(guān)于慣性系和引力的思考進(jìn)一步的思考:

非慣性系與慣性系會平權(quán)嗎？慣性系更優(yōu)越嗎？時(shí)空與物質(zhì)有什么關(guān)系？62§12.5廣義相對性原理§12.5.1關(guān)于慣性系和引力狹義相對論雖然改變了人們對時(shí)空結(jié)構(gòu)、物質(zhì)運(yùn)動和時(shí)空關(guān)系的認(rèn)識，但它只能解釋慣性參考系的實(shí)際問題，卻無法解釋一切參考系的問題，為此愛因斯坦以引力理論為突破口，在等效原理、廣義協(xié)變性原理、馬赫原理的基礎(chǔ)上提出了既有實(shí)際意義又有理論價(jià)值的廣義相對論.

廣義相對論是研究物質(zhì)在空間和時(shí)間中如何進(jìn)行引力相互作用的理論.63狹義相對論雖然改變了人們對時(shí)空結(jié)構(gòu)、物質(zhì)運(yùn)動§12.4.2等效原理和廣義相對性原理1.引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量的等同性自由落體實(shí)驗(yàn)解釋在相對地球靜止（或作均速直線運(yùn)動）的慣性系中物體受引力遠(yuǎn)離恒星的直線加速參考系，64§12.4.2等效原理和廣義相對性原理1.引力質(zhì)量與慣把慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量當(dāng)成同一個(gè)量來對待，就是引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量的等同或等效.2.慣性力與引力問題萬有引力普遍存在物質(zhì)參考系總有加速度真正的慣性參考系不存在大量物理定律包括狹義相對論都只適用于慣性參考系慣性系在自然界卻不存在能否找到一個(gè)消除引力的真正的慣性參考系？65把慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量當(dāng)成同一個(gè)量來對待，就是3.等效原理任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都無法區(qū)分這是引力的效果還是慣性力的效果.這種引力和慣性力的等效性，通常稱為弱等效原理.假定任何物理實(shí)驗(yàn)（包括力學(xué)的、電磁學(xué)的和任何其它的物理實(shí)驗(yàn)），都不可能判斷愛因斯坦密封艙是引力場中的慣性系，或是不受引力的加速系.即不能區(qū)分引力和慣性力所產(chǎn)生的效果，這就是強(qiáng)等效原理.663.等效原理任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都無法區(qū)分這是引力的3.廣義相對性原理廣義相對性原理：對于表述各種物理規(guī)律來說所有的參考系都是等價(jià)的.慣性系：狹義相對論所確立的物理規(guī)律在其中全部有效的參考系.注意：(1)局域、局部；(2)真正的、嚴(yán)格的慣性參考系是不存在的.即使存在也只不過是局部慣性系.673.廣義相對性原理廣義相對性原理：對于表述各種物理規(guī)律來§12.6引力場與彎曲時(shí)空由于慣性力和引力等效，廣義相對論實(shí)質(zhì)是關(guān)于引力場的理論.在廣義相對論中，引力的唯一效果即引起背景時(shí)空的彎曲.任何質(zhì)量都使它周圍的空間區(qū)域產(chǎn)生彎曲，以使所有自由運(yùn)動的物體都循著彎曲路徑行進(jìn).在廣義相對論中，愛因斯坦從等效原理出發(fā)，論