[工学]同济 大学物理 1相对论时空观.ppt

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[工学]同济 大学物理 1相对论时空观

问题 8 :运动的钟要变慢。有人认为,毛病是出在用了“光钟”。也许我们能够找到一种“好钟”,无论两个这样的钟之间有没有相对运动,它们总是走得一样快。你赞同这种观点吗? “好钟” “坏钟” ? 喝酒比赛 吕布和张飞约定采用这种文明的方式来决定胜负。吕布在站台上,而张飞在一列以速度v = 0.6 c 运行中的火车上。按照他们各自相同的时钟计时,他们喝下一壶酒所用的时间都是 4 s . 你是这场比赛的裁判,你将如何裁决比赛的胜负? 张飞赢了吗?吕布不服气! “张飞喝”用的时间4s,这是张飞的表指示的时间,这个4s是原时。根据吕布的表,张飞所用时间是 * Special Relativity 狭义相对论的时空观 爱因斯坦:反传统的叛逆者 Albert Einstein 1879 年3月14日出生于德国乌尔姆市一个犹太人家庭里。 一个迟钝的儿童,三岁才开始学说话。 从上小学开始他就是一个平庸的学生和空想家。 被中学老师断定为“永远不会有任何成就”。 在苏黎世工业大学,他是一个讨人喜欢的、平常的大学生。他定时上咖啡馆而偶尔上课。依靠朋友们的帮助(这些朋友把自己系统的听课笔记借给他),他设法通过了必要的考试,最后毕业。 在他于1900年毕业之后,爱因斯坦申请一个助教职位以进修研究生课程,但是这个职位给了另外一个人。在1902年,一个朋友帮助他找到一份专利审查员的工作,在瑞士伯尔尼市联邦专利局任“三级技术员”。 爱因斯坦的相对论是一种时空理论,有一个很难懂的名声。这个理论建立在两个基本原理上,并由此派生出它所有的主要结论。相对论之所以难懂是因为它不合常理,它的结论似乎违背常识。为了弄懂这个理论,心智需要灵活,能够始终追随一个论据,无论这个论据把你引向何方。 常识只不过是你年满18岁之前心中成见的淀积。 —— 爱因斯坦 我的智力发展得比较晚,结果直到我长成之后我才开始对空间和时间感到好奇和疑惑,而这些东西一个正常人在孩提时候已经想过了。 —— 爱因斯坦 我不对时间、空间、地点和运动下定义,因为它们是人人熟知的。 —— 牛顿 A. 力学相对性原理和伽利略变换 问题 1 :假设你处在一个封闭的、相对地面匀速运动的车厢内,你能否感知车厢的运动?换句话说,你是否能够借助某个力学实验,帮助你判断车厢处在运动状态? 力学相对性原理:对于力学规律而言,一切惯性系都是平权的、等价的。 《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》 伽利略 1632 事件:一个时刻和一个地点合在一起构成一个事件。所谓宏观物体的运动,就是一系列由时间和空间所标志的事件。 世界线:时空图上的曲线。 S t 设初始时刻两坐标原点重合 伽利略变换 伽利略变换中默认了绝对时空。 速度变换: 加速度变换: 经典力学规律具有伽利略变换不变性: 问题 2 :牛顿时空观中包含了哪些“相对与绝对”? 牛顿时空观的相对性:宇宙没有中心,任何时空点都是平等的。相对于任何时空点计算,物理规律都是一样的。 牛顿时空观的绝对性: 绝对空间 —— 与任何外在的情况无关,始终保持相对与不变。 绝对时间 —— 均匀流逝而与任何外在的情况无关。 问题 3 :我们能否把“经典的速度合成公式”用于分析光学现象吗?这一问题的实质是,麦克斯韦电磁理论是否具有伽利略变换不变性? c c+v ? 光速不满足经典速度合成公式 c c + v 超新星爆发和光速 c c + v 据史书记载:宋仁宗至和元年五月( 公元 1054 )有一次著名的超新星爆发。在开始的23天中这颗星非常亮,白天在天空中也能看到它。随后逐渐变暗,前后历时22个月。 这次爆发的残骸形成蟹状星云,它距离地球约5000光年,爆发时外围物质飞散的速度是1500km/s . 问题 4 :面对麦克斯韦电磁理论与伽利略变换的不相容,你倾向于下列哪个观点? 伽利略变换正确,电磁理论有问题。 电磁理论正确,伽利略变换有问题。 电磁理论和伽利略变换都正确,抛弃相对性原理。 爱因斯坦相信:不论你运动多快,一束光永远以速度 c 相对于你从你身边经过。如果每一个观察者都看到每一束光都以速度 c 运动,那么就没有一个人能够追上一束光。 问题 5 :“以太”能挽救经典时空观吗? 迈克尔逊 — 莫雷实验 若以太存在,以太中光速一定,但地球在以太中运动,对地球上的观察者来说,不同方向的光速应不同,实验中两束光的传播应有时间差。

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