《朱棟培相對(duì)論》課件

《朱棟培相對(duì)論》ppt課件CATALOGUE目錄相對(duì)論簡(jiǎn)介相對(duì)論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論相對(duì)論的應(yīng)用相對(duì)論簡(jiǎn)介01CATALOGUE

相對(duì)論的起源19世紀(jì)末物理學(xué)危機(jī)經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋光速不變和米氏-摩雷森實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)結(jié)果。洛倫茲變換的提出荷蘭物理學(xué)家洛倫茲提出長(zhǎng)度收縮和時(shí)間膨脹的洛倫茲變換公式。愛因斯坦的突破愛因斯坦從思想實(shí)驗(yàn)出發(fā)，提出狹義相對(duì)論的兩條基本假設(shè)。愛因斯坦發(fā)表了關(guān)于狹義相對(duì)論的論文，并提出了著名的質(zhì)能方程E=mc^2。狹義相對(duì)論的發(fā)展廣義相對(duì)論的提出實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與證實(shí)愛因斯坦在1915年提出了廣義相對(duì)論，描述了引力的本質(zhì)是物質(zhì)引起的時(shí)空彎曲。多個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了相對(duì)論的預(yù)言，如光速不變實(shí)驗(yàn)、引力透鏡實(shí)驗(yàn)等。030201相對(duì)論的發(fā)展歷程所有慣性參照系中光速都是一樣的，即光速的不變性；以及物理定律在所有慣性參照系中都是一樣的，即參照系的相對(duì)性。狹義相對(duì)論原理引力是由物質(zhì)引起的時(shí)空彎曲，物體在彎曲時(shí)空中沿最短路徑（測(cè)地線）運(yùn)動(dòng)。廣義相對(duì)論原理相對(duì)論的基本原理相對(duì)論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)02CATALOGUE了解線性方程組的基本概念，掌握如何用矩陣表示線性方程組，理解矩陣的運(yùn)算規(guī)則。理解向量空間的基本概念，掌握線性變換的定義和性質(zhì)，理解矩陣與線性變換之間的關(guān)系。線性代數(shù)基礎(chǔ)向量空間與線性變換線性方程組與矩陣?yán)斫鈽O限的基本概念，掌握極限的運(yùn)算規(guī)則，理解連續(xù)性的定義和性質(zhì)。極限與連續(xù)性理解導(dǎo)數(shù)的定義和性質(zhì)，掌握求導(dǎo)法則，理解微分的概念和運(yùn)算方法。導(dǎo)數(shù)與微分微積分基礎(chǔ)曲線與曲面的局部性質(zhì)理解曲線和曲面的基本概念，掌握曲線和曲面的局部性質(zhì)，如曲率、撓率等。流形與張量理解流形的基本概念，了解張量的定義和性質(zhì)，理解張量在相對(duì)論中的應(yīng)用。微分幾何基礎(chǔ)狹義相對(duì)論03CATALOGUE010204狹義相對(duì)論的基本假設(shè)物理體系的狀態(tài)變化與參考系的選擇無(wú)關(guān)：即慣性參考系中光速是恒定不變的。物理體系的狀態(tài)變化與參考系的時(shí)間坐標(biāo)有關(guān)：即時(shí)間和空間是相對(duì)的。物理體系的狀態(tài)變化與參考系的長(zhǎng)度有關(guān)：即長(zhǎng)度是相對(duì)的。物理體系的狀態(tài)變化與參考系的鐘表有關(guān)：即鐘表是相對(duì)的。03時(shí)間膨脹長(zhǎng)度收縮同時(shí)性相對(duì)論因果關(guān)系相對(duì)論狹義相對(duì)論的時(shí)空觀念01020304在高速運(yùn)動(dòng)或強(qiáng)引力場(chǎng)下，時(shí)間的流逝會(huì)變慢。在高速運(yùn)動(dòng)或強(qiáng)引力場(chǎng)下，物體的長(zhǎng)度會(huì)縮短。在不同的參考系中，同時(shí)發(fā)生的事件可能被視為不同時(shí)發(fā)生。在高速運(yùn)動(dòng)或強(qiáng)引力場(chǎng)下，因果關(guān)系可能發(fā)生變化。雙生子效應(yīng)當(dāng)兩個(gè)孿生兄弟中的一個(gè)以高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，他們?cè)俅蜗嘁姇r(shí)年齡會(huì)有所不同。光速不變?cè)頍o(wú)論在何種慣性參考系中，光在真空中的速度都是恒定不變的。狹義相對(duì)論中的特殊情況廣義相對(duì)論04CATALOGUE物理體系的演化在四維時(shí)空流形中是局域因果的，即因果性由單個(gè)時(shí)空點(diǎn)的鄰域結(jié)構(gòu)保證。物理體系滿足最小作用量原理，即真實(shí)的作用量是關(guān)于狀態(tài)變量取極值。物理體系的狀態(tài)由一組完備的標(biāo)量場(chǎng)和矢量場(chǎng)來(lái)描述。廣義相對(duì)論的基本假設(shè)引力是由物質(zhì)引起的時(shí)空曲率所產(chǎn)生，而非由牛頓理論中的引力場(chǎng)產(chǎn)生。物質(zhì)通過能動(dòng)張量來(lái)描述，它決定了時(shí)空曲率如何隨物質(zhì)分布而變化。引力場(chǎng)由愛因斯坦場(chǎng)方程描述，該方程將時(shí)空曲率與物質(zhì)分布聯(lián)系起來(lái)。廣義相對(duì)論中的引力理論黑洞是廣義相對(duì)論中的一個(gè)重要概念，它描述了一個(gè)區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)光也不能逃逸。黑洞的形成與恒星坍縮有關(guān)，當(dāng)恒星質(zhì)量超過一定閾值時(shí)，它會(huì)坍縮成一個(gè)奇點(diǎn)，形成一個(gè)黑洞。黑洞的性質(zhì)由其質(zhì)量、角動(dòng)量和電荷等參數(shù)決定，這些參數(shù)通過無(wú)毛定理來(lái)描述。廣義相對(duì)論中的黑洞理論相對(duì)論的應(yīng)用05CATALOGUE相對(duì)論解釋了星體在宇宙中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如行星、恒星等天體的軌道運(yùn)動(dòng)和光速之間的關(guān)系。星體運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)論預(yù)測(cè)了引力透鏡效應(yīng)的存在，即由于大質(zhì)量天體的引力作用，使得光線發(fā)生彎曲，形成多個(gè)像的現(xiàn)象。引力透鏡效應(yīng)相對(duì)論還解釋了宇宙射線（高能粒子）的產(chǎn)生和傳播機(jī)制，以及它們與天體之間的相互作用。宇宙射線相對(duì)論在天文學(xué)中的應(yīng)用相對(duì)論提供了描述基本粒子質(zhì)量的公式，如電子、質(zhì)子、中子等粒子的質(zhì)量計(jì)算?；玖Ｗ拥馁|(zhì)量相對(duì)論解釋了粒子加速器中粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及粒子碰撞產(chǎn)生新粒子的機(jī)制。粒子加速器相對(duì)論還解釋了原子核的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，以及放射性衰變的規(guī)律。原子核結(jié)構(gòu)相對(duì)論在粒子物理學(xué)中的應(yīng)用黑洞相對(duì)論預(yù)測(cè)了黑洞的存在，以及黑洞周圍的時(shí)間和空間彎曲的特性。大