必修經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀課件

第二節(jié)：經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀廣東翁源第一高級(jí)中學(xué)物理組：趙書華1/3/20231經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀第二節(jié)：經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀廣東翁源第一高級(jí)中學(xué)12/2前面幾章介紹了經(jīng)典力學(xué)（牛頓力學(xué)）最基本的內(nèi)容。牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)就是以牛頓命名的那三條定律，這一理論形成于十七世紀(jì)，在以后的兩個(gè)多世紀(jì)里，牛頓力學(xué)對(duì)科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用，同時(shí)自身也得到了很大發(fā)展。但是，進(jìn)入二十世紀(jì)，物理學(xué)研究的領(lǐng)域開始深入到了微觀高速領(lǐng)域，微觀高速如原子、電子粒子，光、電磁波及粒子衰變，速度為光速或接近光速空間尺度1/3/20232經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀前面幾章介紹了經(jīng)典力學(xué)（牛頓力學(xué)）最基本的內(nèi)容。微觀高速如原這時(shí)人們發(fā)現(xiàn)牛頓力學(xué)在這些領(lǐng)域不再適用物理學(xué)的發(fā)展要求對(duì)牛頓力學(xué)以及某些長(zhǎng)期認(rèn)為是不言自明的基本觀念作出根本性的變革，

物理學(xué)需要一場(chǎng)革命！二十世紀(jì)初誕生的相對(duì)論和量子力學(xué)就是這場(chǎng)從經(jīng)典物理向近代物理變革的標(biāo)志本節(jié)介紹相對(duì)論的基礎(chǔ)知識(shí)1/3/20233經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀這時(shí)人們發(fā)現(xiàn)牛頓力學(xué)在這些領(lǐng)域不再適用物理學(xué)的發(fā)展要求對(duì)牛頓.伽利略相對(duì)性原理對(duì)于第一個(gè)問題，牛頓力學(xué)的回答是干脆的：第一個(gè)問題對(duì)于不同的參照系，基本力學(xué)定律的形式是完全一樣嗎？對(duì)于任何慣性參照系，牛頓定律都成立，這也就是說，對(duì)于不同的慣性參照系，力學(xué)的基本定律——牛頓定律的形式是一樣的。這一結(jié)論稱作伽利略相對(duì)性原理或力學(xué)相對(duì)性原理一、經(jīng)典力學(xué)時(shí)空觀1/3/20234經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀.伽利略相對(duì)性原理對(duì)于第一個(gè)問題，牛頓力學(xué)的回答是干脆的甲乙慣性參照系牛頓定律適用的參照系相對(duì)慣性系作勻速直線運(yùn)動(dòng)的參照系例甲乙站臺(tái)1/3/20235經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀甲乙慣性參照系牛頓定律適用的參照系相對(duì)慣性系作勻速直線運(yùn)動(dòng)選擇的參考系不同，對(duì)運(yùn)動(dòng)的描述就不同：例如：讓兩小球從同一高度同時(shí)自由下落。符合牛頓運(yùn)動(dòng)定律不符合牛頓運(yùn)動(dòng)定律慣性系非慣性系1/3/20236經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀選擇的參考系不同，對(duì)運(yùn)動(dòng)的描述就不同：例如：讓兩小球從同一高第二個(gè)問題相對(duì)于不同的參照系長(zhǎng)度和時(shí)間的測(cè)量是一樣的嗎？對(duì)于空間和時(shí)間測(cè)量的問題，牛頓力學(xué)是用絕對(duì)空間和絕對(duì)時(shí)間的概念來回答。.絕對(duì)時(shí)空觀所謂絕對(duì)空間是指長(zhǎng)度的量度與參照系無關(guān)；絕對(duì)時(shí)間是指時(shí)間的量度與參照系無關(guān)這就是說，兩點(diǎn)之間的距離，無論在那個(gè)慣性系中測(cè)量都是一樣的；同樣，前后發(fā)生的兩個(gè)事件之間的時(shí)間，無論在那個(gè)慣性系中測(cè)量都是一樣的1/3/20237經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀第二個(gè)問題相對(duì)于不同的參照系長(zhǎng)度和時(shí)間的測(cè)量是一樣的嗎？對(duì)于如果甲測(cè)的小球下落時(shí)間為如果乙測(cè)的小球下落時(shí)間為例甲乙站臺(tái)1/3/20238經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀如果甲測(cè)的小球下落時(shí)間為如果乙測(cè)的小球下落時(shí)間為例甲乙站臺(tái)1牛頓本人曾說：“絕對(duì)空間，就其本性而言與外界任何事物無關(guān)，而永遠(yuǎn)是相同的和不動(dòng)的”，“絕對(duì)的、真正的和數(shù)學(xué)上的時(shí)間自己流逝著，并由于它的本性而均勻地與任何外界對(duì)象無關(guān)地流逝著?！卑凑者@種觀點(diǎn)：時(shí)間和空間是彼此獨(dú)立，互不相關(guān)并且獨(dú)立于物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)之外的，不受物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)的影響?！^對(duì)時(shí)空觀1/3/20239經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀牛頓本人曾說：“絕對(duì)空間，就其本性而言按照這種觀點(diǎn)：時(shí)間和空根據(jù)絕對(duì)時(shí)空觀，得出幾個(gè)結(jié)論同時(shí)絕對(duì)性時(shí)間間隔的絕對(duì)性空間距離的絕對(duì)性質(zhì)量恒定不變1/3/202310經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀根據(jù)絕對(duì)時(shí)空觀，得出幾個(gè)結(jié)論同時(shí)絕對(duì)性12/28/20221牛頓的伽利略相對(duì)性原理和絕對(duì)時(shí)空觀是作為兩個(gè)基本假設(shè)提出來的，它之所以為人們接受承認(rèn)一方面是牛頓力學(xué)在解決力學(xué)問題獲得的巨大功；另一方面觀察結(jié)果與人們的經(jīng)驗(yàn)相符。但是十九世紀(jì)中葉，人們?cè)谘芯颗c物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的電磁現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)在電磁現(xiàn)象的規(guī)律不符合相對(duì)性原理其中最典型的就是光速的問題1/3/202311經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀牛頓的伽利略相對(duì)性原理和絕對(duì)時(shí)空觀但是十九世紀(jì)中葉，其中最典這一結(jié)論還特別為后來的很多精確的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，最著名的是1887年邁克爾遜和莫雷所做的實(shí)驗(yàn)。它們都明確無誤地證明光速的測(cè)量結(jié)果與光源和測(cè)量者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)無關(guān)，亦即與參照系無關(guān)?？梢姽夂碗姶挪ǖ倪\(yùn)動(dòng)不服從伽利略相對(duì)原理.任何參照系中測(cè)得的光在真空的速率都應(yīng)該是這一數(shù)值1/3/202312經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀這一結(jié)論還特別為后來的很多精確的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，任何參照系中測(cè)得伽利略相對(duì)原理和電磁規(guī)律的矛盾促使人們思考下述問題：絕對(duì)時(shí)空觀的觀念是不是需要修正？困惑？？？這個(gè)時(shí)候整個(gè)物理學(xué)界陷入1/3/202313經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀伽利略相對(duì)原理和電磁規(guī)律的矛盾絕對(duì)時(shí)空觀的觀念是不是需要修正愛因斯坦:Einstein現(xiàn)代時(shí)空的創(chuàng)始人20世紀(jì)最偉大的科學(xué)家愛因斯坦對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行了深入研究，并在1905年發(fā)表了論文《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》在這篇論文里對(duì)上述問題作出了對(duì)整個(gè)物理學(xué)界乃至整個(gè)科學(xué)界都有變革意義的回答1/3/202314經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀愛因斯坦:Einstein20世紀(jì)最偉大的科學(xué)家愛因斯

相對(duì)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(guó)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。1/3/202315經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀相對(duì)論的時(shí)空觀念與人們固有的時(shí)空觀念差別很大，很難被在這篇論文中，愛因斯坦提出了兩個(gè)假設(shè)并在這兩個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上構(gòu)筑了狹義相對(duì)論力學(xué)二、狹義相對(duì)論時(shí)空觀.愛因斯坦假設(shè)

愛因斯坦相對(duì)性原理物理學(xué)定律在所有的慣性系中都是一樣的，也就是說，物理學(xué)定律與慣性系的選擇無關(guān)愛因斯坦相對(duì)性原理和牛頓相對(duì)性原理比較，前者是后者的推廣1/3/202316經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀在這篇論文中，愛因斯坦提出了兩個(gè)假設(shè)二、狹義相對(duì)論時(shí)空觀.這就使得相對(duì)性原理不僅適用于力學(xué)現(xiàn)象，而且適用于所有物理現(xiàn)象，包括電磁現(xiàn)象在內(nèi)。

光速不變?cè)碓谌魏螒T性系中，自由空間（真空）中的光速具有相同的量值也就是說，不管光源與觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)如何，在任一慣性系中的觀察者所觀測(cè)到的真空中的光速都是相等的，就是在看來如此簡(jiǎn)單且最一般的兩個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上愛因斯坦建立了一套完整的理論——狹義相對(duì)論1/3/202317經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀這就使得相對(duì)性原理不僅適用于力學(xué)現(xiàn)象，光速不變?cè)碓谌魏螒T

愛因斯坦相對(duì)性原理物理學(xué)定律在所有的慣性系中都是一樣的，也就是說，物理學(xué)定律與慣性系的選擇無關(guān)光速不變?cè)碓谌魏螒T性系中，自由空間（真空）中的光速具有相同的量值

Einstein的相對(duì)性理論是Newton理論的發(fā)展討論一切物理規(guī)律力學(xué)規(guī)律1/3/202318經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀愛因斯坦相對(duì)性原理物理學(xué)定律在所有的慣性系中都是一樣的，也觀念上的變革革命性(相對(duì)性)光速同時(shí)時(shí)間與空間質(zhì)量經(jīng)典時(shí)空觀狹義相對(duì)論時(shí)空觀相對(duì)的絕對(duì)的（不變）絕對(duì)的與運(yùn)動(dòng)無關(guān)，絕對(duì)的與運(yùn)動(dòng)無關(guān)，不變的相對(duì)的與運(yùn)動(dòng)有關(guān)，相對(duì)的隨速度增加而增大1/3/202319經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀觀念上的變革革命性(相對(duì)性)光速同時(shí)時(shí)間與空間質(zhì)量經(jīng)典時(shí)、狹義相對(duì)論時(shí)空觀、同時(shí)相對(duì)性設(shè)想一列火車以速度v勻速向右運(yùn)動(dòng)，火車中央有一信號(hào)燈，在經(jīng)過地面O點(diǎn)時(shí)發(fā)出一光信號(hào).1/3/202320經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀、狹義相對(duì)論時(shí)空觀、同時(shí)相對(duì)性設(shè)想一列火車以速度v勻速向右、同時(shí)相對(duì)性1/3/202321經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀、同時(shí)相對(duì)性12/28/202221經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀1/3/202322經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀12/28/202222經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀1)沿兩慣性系相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生的兩個(gè)事件，在其中一個(gè)慣性系中表現(xiàn)同時(shí)，在另一慣性系中觀察總是在前一慣性系運(yùn)動(dòng)的后方那一事件先發(fā)生。2)

對(duì)不同參考系，同樣兩事件之間的時(shí)間間隔是不同的。結(jié)論即：時(shí)間量度是相對(duì)的，并且與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。

S'相對(duì)S系的速度越大，在S系測(cè)兩事件的時(shí)間間隔就越長(zhǎng)。1/3/202323經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀1)沿兩慣性系相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生的兩個(gè)事件，在其中時(shí)間延緩（動(dòng)鐘變慢）愛因斯坦曾經(jīng)言，兩個(gè)校準(zhǔn)好的鐘，當(dāng)一個(gè)沿閉合路線運(yùn)動(dòng)返回原地時(shí)，它記錄的時(shí)間比原地不動(dòng)的鐘會(huì)慢一些。這已被高精度的銫原子鐘超音速環(huán)球飛行實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。相對(duì)論預(yù)言慢(184±23)×10

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9s實(shí)測(cè)慢(203±10)×10-

9s221cutt-￠=DD1/3/202324經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀時(shí)間延緩（動(dòng)鐘變慢）愛因斯坦曾經(jīng)言，兩個(gè)校準(zhǔn)好的鐘雙生子佯謬sss是一對(duì)雙生子。乘高速飛船到太空ss和遨游一段s比自己老了，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性，和ss運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢了，但運(yùn)動(dòng)是相對(duì)的，都認(rèn)為對(duì)方的鐘在運(yùn)動(dòng)，這將會(huì)導(dǎo)致雙方都認(rèn)為對(duì)方的鐘變慢了的矛盾結(jié)論。這就是時(shí)鐘佯謬。若時(shí)間后返回地球，發(fā)現(xiàn)對(duì)方將會(huì)得出s也發(fā)現(xiàn)對(duì)方比自己老了的矛盾結(jié)論。稱為雙生子佯謬。s實(shí)際上這種謬誤是不會(huì)發(fā)生的，由于兩個(gè)時(shí)鐘或兩個(gè)雙生子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并不對(duì)稱（例如，飛離、返回要經(jīng)歷加、減速運(yùn)動(dòng)過程），其結(jié)果一定是的時(shí)鐘變慢了，ss雙生子一定比年輕。s附：時(shí)鐘佯謬雙生子佯謬時(shí)鐘佯謬雙生子佯謬與1/3/202325經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀雙生子佯謬sss是一對(duì)雙生子。乘高速飛船到太空S′O′X′Y′OSXY●特別注意：長(zhǎng)度縮短效應(yīng)只發(fā)生在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上如上例中的X軸方向上，在Y軸方向上無長(zhǎng)度縮短效應(yīng)動(dòng)尺變短（空間收縮效應(yīng)）斐克小伙劍術(shù)精，出刺迅捷如流星，由于空間收縮性，長(zhǎng)劍變成小鐵釘.1/3/202326經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀S′O′X′Y′O檢測(cè)題有關(guān)科學(xué)家和涉及的事實(shí)，正確的說法是A．哥白尼創(chuàng)立了日心說B．伽利略發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律C.惠更斯解決了彈性碰撞問題D．愛因斯坦提出了量子論(AC)1/3/202327經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀檢測(cè)題有關(guān)科學(xué)家和涉及的事實(shí)，正確的說法檢測(cè)題一列火車以速度v相對(duì)地面運(yùn)動(dòng)．如果地面上的人測(cè)得，某光源發(fā)出的閃光同時(shí)到達(dá)車廂的前壁和后壁，以下說法中正確的是A．火車上的人測(cè)得，閃光先到達(dá)前壁B．火車上的人測(cè)得，閃光先到達(dá)后壁C．火車上的人測(cè)得，閃光同時(shí)到達(dá)車廂的前壁和后壁D．條件不足，無法確定(A)1/3/202328經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀檢測(cè)題一列火車以速度v相對(duì)地面運(yùn)動(dòng)．如果地面上的人測(cè)得，檢測(cè)題有三個(gè)完全相同的時(shí)鐘，時(shí)鐘A放在地面上，時(shí)鐘B、C分別放在兩個(gè)火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飛行，vB＜vC．對(duì)于地面上的觀察者來說，則以下說法中正確的是A．時(shí)鐘A走得最慢B．時(shí)鐘B走得最慢C．時(shí)鐘C走得最慢D．時(shí)鐘C走得最快(C)1/3/202329經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀檢測(cè)題有三個(gè)完全相同的時(shí)鐘，時(shí)鐘A放在地面上，時(shí)鐘B、C檢測(cè)題如果有一支靜止時(shí)長(zhǎng)30m的火箭，以光速的二分之一的速度從觀察者的身邊掠過，以下說法中正確的是A．地面上的觀察者測(cè)得的火箭長(zhǎng)為30mB．地面上的觀察者測(cè)得的火箭長(zhǎng)小于30mC．地面上的觀察者測(cè)得的火箭長(zhǎng)大于30mD．火箭上的觀察者測(cè)得的火箭長(zhǎng)為30m(BD)1/3/202330經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀檢測(cè)題如果有一支靜止時(shí)長(zhǎng)30m的火箭，以光速的二分之一的速第二節(jié)：經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀廣東翁源第一高級(jí)中學(xué)物理組：趙書華1/3/202331經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀第二節(jié)：經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀廣東翁源第一高級(jí)中學(xué)12/2前面幾章介紹了經(jīng)典力學(xué)（牛頓力學(xué)）最基本的內(nèi)容。牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)就是以牛頓命名的那三條定律，這一理論形成于十七世紀(jì)，在以后的兩個(gè)多世紀(jì)里，牛頓力學(xué)對(duì)科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用，同時(shí)自身也得到了很大發(fā)展。但是，進(jìn)入二十世紀(jì)，物理學(xué)研究的領(lǐng)域開始深入到了微觀高速領(lǐng)域，微觀高速如原子、電子粒子，光、電磁波及粒子衰變，速度為光速或接近光速空間尺度1/3/202332經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀前面幾章介紹了經(jīng)典力學(xué)（牛頓力學(xué)）最基本的內(nèi)容。微觀高速如原這時(shí)人們發(fā)現(xiàn)牛頓力學(xué)在這些領(lǐng)域不再適用物理學(xué)的發(fā)展要求對(duì)牛頓力學(xué)以及某些長(zhǎng)期認(rèn)為是不言自明的基本觀念作出根本性的變革，

物理學(xué)需要一場(chǎng)革命！二十世紀(jì)初誕生的相對(duì)論和量子力學(xué)就是這場(chǎng)從經(jīng)典物理向近代物理變革的標(biāo)志本節(jié)介紹相對(duì)論的基礎(chǔ)知識(shí)1/3/202333經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀這時(shí)人們發(fā)現(xiàn)牛頓力學(xué)在這些領(lǐng)域不再適用物理學(xué)的發(fā)展要求對(duì)牛頓.伽利略相對(duì)性原理對(duì)于第一個(gè)問題，牛頓力學(xué)的回答是干脆的：第一個(gè)問題對(duì)于不同的參照系，基本力學(xué)定律的形式是完全一樣嗎？對(duì)于任何慣性參照系，牛頓定律都成立，這也就是說，對(duì)于不同的慣性參照系，力學(xué)的基本定律——牛頓定律的形式是一樣的。這一結(jié)論稱作伽利略相對(duì)性原理或力學(xué)相對(duì)性原理一、經(jīng)典力學(xué)時(shí)空觀1/3/202334經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀.伽利略相對(duì)性原理對(duì)于第一個(gè)問題，牛頓力學(xué)的回答是干脆的甲乙慣性參照系牛頓定律適用的參照系相對(duì)慣性系作勻速直線運(yùn)動(dòng)的參照系例甲乙站臺(tái)1/3/202335經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀甲乙慣性參照系牛頓定律適用的參照系相對(duì)慣性系作勻速直線運(yùn)動(dòng)選擇的參考系不同，對(duì)運(yùn)動(dòng)的描述就不同：例如：讓兩小球從同一高度同時(shí)自由下落。符合牛頓運(yùn)動(dòng)定律不符合牛頓運(yùn)動(dòng)定律慣性系非慣性系1/3/202336經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀選擇的參考系不同，對(duì)運(yùn)動(dòng)的描述就不同：例如：讓兩小球從同一高第二個(gè)問題相對(duì)于不同的參照系長(zhǎng)度和時(shí)間的測(cè)量是一樣的嗎？對(duì)于空間和時(shí)間測(cè)量的問題，牛頓力學(xué)是用絕對(duì)空間和絕對(duì)時(shí)間的概念來回答。.絕對(duì)時(shí)空觀所謂絕對(duì)空間是指長(zhǎng)度的量度與參照系無關(guān)；絕對(duì)時(shí)間是指時(shí)間的量度與參照系無關(guān)這就是說，兩點(diǎn)之間的距離，無論在那個(gè)慣性系中測(cè)量都是一樣的；同樣，前后發(fā)生的兩個(gè)事件之間的時(shí)間，無論在那個(gè)慣性系中測(cè)量都是一樣的1/3/202337經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀第二個(gè)問題相對(duì)于不同的參照系長(zhǎng)度和時(shí)間的測(cè)量是一樣的嗎？對(duì)于如果甲測(cè)的小球下落時(shí)間為如果乙測(cè)的小球下落時(shí)間為例甲乙站臺(tái)1/3/202338經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀如果甲測(cè)的小球下落時(shí)間為如果乙測(cè)的小球下落時(shí)間為例甲乙站臺(tái)1牛頓本人曾說：“絕對(duì)空間，就其本性而言與外界任何事物無關(guān)，而永遠(yuǎn)是相同的和不動(dòng)的”，“絕對(duì)的、真正的和數(shù)學(xué)上的時(shí)間自己流逝著，并由于它的本性而均勻地與任何外界對(duì)象無關(guān)地流逝著。”按照這種觀點(diǎn)：時(shí)間和空間是彼此獨(dú)立，互不相關(guān)并且獨(dú)立于物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)之外的，不受物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)的影響?！^對(duì)時(shí)空觀1/3/202339經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀牛頓本人曾說：“絕對(duì)空間，就其本性而言按照這種觀點(diǎn)：時(shí)間和空根據(jù)絕對(duì)時(shí)空觀，得出幾個(gè)結(jié)論同時(shí)絕對(duì)性時(shí)間間隔的絕對(duì)性空間距離的絕對(duì)性質(zhì)量恒定不變1/3/202340經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀根據(jù)絕對(duì)時(shí)空觀，得出幾個(gè)結(jié)論同時(shí)絕對(duì)性12/28/20221牛頓的伽利略相對(duì)性原理和絕對(duì)時(shí)空觀是作為兩個(gè)基本假設(shè)提出來的，它之所以為人們接受承認(rèn)一方面是牛頓力學(xué)在解決力學(xué)問題獲得的巨大功；另一方面觀察結(jié)果與人們的經(jīng)驗(yàn)相符。但是十九世紀(jì)中葉，人們?cè)谘芯颗c物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的電磁現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)在電磁現(xiàn)象的規(guī)律不符合相對(duì)性原理其中最典型的就是光速的問題1/3/202341經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀牛頓的伽利略相對(duì)性原理和絕對(duì)時(shí)空觀但是十九世紀(jì)中葉，其中最典這一結(jié)論還特別為后來的很多精確的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，最著名的是1887年邁克爾遜和莫雷所做的實(shí)驗(yàn)。它們都明確無誤地證明光速的測(cè)量結(jié)果與光源和測(cè)量者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)無關(guān)，亦即與參照系無關(guān)?？梢姽夂碗姶挪ǖ倪\(yùn)動(dòng)不服從伽利略相對(duì)原理.任何參照系中測(cè)得的光在真空的速率都應(yīng)該是這一數(shù)值1/3/202342經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀這一結(jié)論還特別為后來的很多精確的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，任何參照系中測(cè)得伽利略相對(duì)原理和電磁規(guī)律的矛盾促使人們思考下述問題：絕對(duì)時(shí)空觀的觀念是不是需要修正？困惑？？？這個(gè)時(shí)候整個(gè)物理學(xué)界陷入1/3/202343經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀伽利略相對(duì)原理和電磁規(guī)律的矛盾絕對(duì)時(shí)空觀的觀念是不是需要修正愛因斯坦:Einstein現(xiàn)代時(shí)空的創(chuàng)始人20世紀(jì)最偉大的科學(xué)家愛因斯坦對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行了深入研究，并在1905年發(fā)表了論文《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》在這篇論文里對(duì)上述問題作出了對(duì)整個(gè)物理學(xué)界乃至整個(gè)科學(xué)界都有變革意義的回答1/3/202344經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀愛因斯坦:Einstein20世紀(jì)最偉大的科學(xué)家愛因斯

相對(duì)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(guó)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。1/3/202345經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀相對(duì)論的時(shí)空觀念與人們固有的時(shí)空觀念差別很大，很難被在這篇論文中，愛因斯坦提出了兩個(gè)假設(shè)并在這兩個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上構(gòu)筑了狹義相對(duì)論力學(xué)二、狹義相對(duì)論時(shí)空觀.愛因斯坦假設(shè)

愛因斯坦相對(duì)性原理物理學(xué)定律在所有的慣性系中都是一樣的，也就是說，物理學(xué)定律與慣性系的選擇無關(guān)愛因斯坦相對(duì)性原理和牛頓相對(duì)性原理比較，前者是后者的推廣1/3/202346經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀在這篇論文中，愛因斯坦提出了兩個(gè)假設(shè)二、狹義相對(duì)論時(shí)空觀.這就使得相對(duì)性原理不僅適用于力學(xué)現(xiàn)象，而且適用于所有物理現(xiàn)象，包括電磁現(xiàn)象在內(nèi)。

光速不變?cè)碓谌魏螒T性系中，自由空間（真空）中的光速具有相同的量值也就是說，不管光源與觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)如何，在任一慣性系中的觀察者所觀測(cè)到的真空中的光速都是相等的，就是在看來如此簡(jiǎn)單且最一般的兩個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上愛因斯坦建立了一套完整的理論——狹義相對(duì)論1/3/202347經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀這就使得相對(duì)性原理不僅適用于力學(xué)現(xiàn)象，光速不變?cè)碓谌魏螒T

愛因斯坦相對(duì)性原理物理學(xué)定律在所有的慣性系中都是一樣的，也就是說，物理學(xué)定律與慣性系的選擇無關(guān)光速不變?cè)碓谌魏螒T性系中，自由空間（真空）中的光速具有相同的量值

Einstein的相對(duì)性理論是Newton理論的發(fā)展討論一切物理規(guī)律力學(xué)規(guī)律1/3/202348經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀愛因斯坦相對(duì)性原理物理學(xué)定律在所有的慣性系中都是一樣的，也觀念上的變革革命性(相對(duì)性)光速同時(shí)時(shí)間與空間質(zhì)量經(jīng)典時(shí)空觀狹義相對(duì)論時(shí)空觀相對(duì)的絕對(duì)的（不變）絕對(duì)的與運(yùn)動(dòng)無關(guān)，絕對(duì)的與運(yùn)動(dòng)無關(guān)，不變的相對(duì)的與運(yùn)動(dòng)有關(guān)，相對(duì)的隨速度增加而增大1/3/202349經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀觀念上的變革革命性(相對(duì)性)光速同時(shí)時(shí)間與空間質(zhì)量經(jīng)典時(shí)、狹義相對(duì)論時(shí)空觀、同時(shí)相對(duì)性設(shè)想一列火車以速度v勻速向右運(yùn)動(dòng)，火車中央有一信號(hào)燈，在經(jīng)過地面O點(diǎn)時(shí)發(fā)出一光信號(hào).1/3/202350經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀、狹義相對(duì)論時(shí)空觀、同時(shí)相對(duì)性設(shè)想一列火車以速度v勻速向右、同時(shí)相對(duì)性1/3/202351經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀、同時(shí)相對(duì)性12/28/202221經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀1/3/202352經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀12/28/202222經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀1)沿兩慣性系相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生的兩個(gè)事件，在其中一個(gè)慣性系中表現(xiàn)同時(shí)，在另一慣性系中觀察總是在前一慣性系運(yùn)動(dòng)的后方那一事件先發(fā)生。2)

對(duì)不同參考系，同樣兩事件之間的時(shí)間間隔是不同的。結(jié)論即：時(shí)間量度是相對(duì)的，并且與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。

S'相對(duì)S系的速度越大，在S系測(cè)兩事件的時(shí)間間隔就越長(zhǎng)。1/3/202353經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀1)沿兩慣性系相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生的兩個(gè)事件，在其中時(shí)間延緩（動(dòng)鐘變慢）愛因斯坦曾經(jīng)言，兩個(gè)校準(zhǔn)好的鐘，當(dāng)一個(gè)沿閉合路線運(yùn)動(dòng)返回原地時(shí)，它記錄的時(shí)間比原地不動(dòng)的鐘會(huì)慢一些。這已被高精度的銫原子鐘超音速環(huán)球飛行實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。相對(duì)論預(yù)言慢(184±23)×10

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9s實(shí)測(cè)慢(203±10)×10-

9s221cutt-￠=DD1/3/202354經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀時(shí)間延緩（動(dòng)鐘變慢）愛因斯坦曾經(jīng)言，兩個(gè)校準(zhǔn)好的鐘雙生子佯謬sss是一對(duì)雙生子。乘高速飛船到太空ss和遨游一段s比自己老了，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性，和ss運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢了，但運(yùn)動(dòng)是相對(duì)的，都認(rèn)為對(duì)方的鐘在運(yùn)動(dòng)，這將會(huì)導(dǎo)致雙方都認(rèn)為對(duì)方的鐘變慢了的矛盾結(jié)論。這就是時(shí)鐘佯謬。若時(shí)間后返回地球，發(fā)現(xiàn)對(duì)方將會(huì)得出s也發(fā)現(xiàn)對(duì)方比自己老了的矛盾結(jié)論。稱為雙生子佯謬。s實(shí)際上這種謬誤是不會(huì)發(fā)生的，由于兩個(gè)時(shí)鐘或兩個(gè)雙生子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并不對(duì)稱（例如，飛離、返回要經(jīng)歷加、減速運(yùn)動(dòng)過程），其結(jié)果一定是的時(shí)鐘變慢了，ss雙生子一定比年輕。s附：時(shí)鐘佯謬雙生子佯謬時(shí)鐘佯謬雙生子佯謬與1/3/202355經(jīng)典時(shí)空觀與