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《朱栋培相对论》ppt课件

目录CONTENCT相对论简介相对论的数学基础狭义相对论广义相对论相对论的意义与影响

01相对论简介

19世纪末物理学危机洛伦兹变换的提出爱因斯坦的独特见解经典物理学无法解释光速不变和米氏-摩雷森实验等实验结果。洛伦兹提出在惯性参考系中，物理定律的形式不变，可以通过坐标和时间的变换来描述不同惯性参考系之间的关系。爱因斯坦从思想实验出发，提出光速不变原理和相对性原理，进而推导出洛伦兹变换，奠定了狭义相对论的基础。相对论的起源

80%80%100%相对论的发展历程1905年，爱因斯坦发表了狭义相对论的论文，提出了时间和空间的相对性原理，以及质能等价原理。1915年，爱因斯坦发表了广义相对论的论文，将引力描述为时空曲率的结果，解释了行星轨道和引力红移等现象。相对论经过了大量的实验验证和推广，成为了现代物理学的基础之一。狭义相对论的提出广义相对论的提出实验验证与推广

010203光速不变原理相对性原理质能等价原理相对论的基本原理在任何惯性参考系中，光在真空中的速度都是一样的。物理定律在所有惯性参考系中都是一样的。质量和能量是等价的，可以相互转化。

02相对论的数学基础

线性空间01线性空间是向量空间中最基本的概念，它是由一组有序数组成的向量集合，通过线性运算进行组合和变换。向量与矩阵02向量是一组有序数，矩阵则是由一组数按照一定规则排列而成的矩形阵列。矩阵的加法、数乘和乘法等运算在相对论中有着广泛的应用。特征值与特征向量03特征值是矩阵的一个重要属性，它与特征向量一起描述了矩阵对向量空间的影响。在相对论中，特征值和特征向量的概念被广泛应用于求解波动方程和本征值问题。线性代数基础

极限与连续性极限是微积分的基本概念，它描述了函数在某一点附近的变化趋势。连续性则是函数的一种性质，如果函数在某一点的极限值等于该点的函数值，则称函数在该点连续。导数与微分导数是函数在某一点的切线斜率，微分则是函数值的小变化量。导数和微分在相对论中用于描述物理量的变化率和局部变化。积分积分是微分的逆运算，用于计算函数与坐标轴围成的面积。在相对论中，积分被广泛应用于计算物理量的累积效应。微积分基础

曲线与曲面曲线和曲面是几何学的基本概念，它们描述了空间中点的运动轨迹和表面的形状。在相对论中，曲线和曲面被用于描述物体的运动轨迹和时空结构的几何特性。张量张量是一个多维数组，它可以用来描述物理量在不同坐标系下的变换关系。在相对论中，张量被广泛应用于描述物理量的性质和行为，如速度、加速度、力和能量等。联络与黎曼几何联络描述了切空间之间的变换关系，黎曼几何则是一种研究曲面的几何学。在相对论中，联络和黎曼几何被用于描述时空结构的几何特性和物质的运动轨迹。微分几何基础

张量的定义与性质张量是一个多维数组，它可以描述物理量在不同坐标系下的变换关系。张量的性质包括对称性、反对称性和合同性等，这些性质在相对论中有着广泛的应用。坐标变换坐标变换是指在不同的坐标系下描述物理量的方法。在相对论中，由于时空结构的几何特性，物理量的坐标变换需要满足一定的规则，如洛伦兹变换和伽利略变换等。张量在相对论中的应用在相对论中，张量被广泛应用于描述物理量的性质和行为，如四维动量、四维力、能量-动量张量和曲率张量等。这些张量在建立物理模型、推导方程和求解问题等方面发挥着重要的作用。张量与坐标变换

03狭义相对论

010203物理体系的状态变化与参考系的选择有关。光在真空中沿直线传播，且速度在所有惯性参考系中都是恒定的。物理定律在所有惯性参考系中都是相同的。狭义相对论的基本假设

时间不再是绝对的，而是与参考系相关。空间不再是绝对的，长度测量也与参考系相关。时间和空间是相对的，它们组成了四维的时空。狭义相对论的时空观

光速在真空中是恒定的，不依赖于观察者的参考系。不存在超光速现象，任何物体的速度都不能超过光速。光速是自然界的最大速度极限。狭义相对论中的光速不变原理

质量和能量之间存在等效性，它们是相互转化的。质能关系由著名的质能方程E=mc^2描述，其中E是能量，m是质量，c是光速。这一关系表明物质中蕴含着巨大的能量，为核能和现代物理技术提供了理论基础。狭义相对论中的质能关系

04广义相对论

等效原理广义协变原理引力场方程广义相对论的基本假设物理定律在任何参照系中都保持形式不变，这是广义相对论的基本假设之一。爱因斯坦提出了描述引力场的数学方程，即著名的爱因斯坦场方程。在小区域内，不能通过任何实验区分均匀引力场和加速参照系。

引力是由物质引起的时空弯曲所产生的一种现象，而非传统意义上的力。引力作用中自由下落的物体不会感觉到自己的重力，这一现象被称为“等效原理”。光线在引力场中会发生弯曲，这一现象被称为“引力透镜效应”。广义相对论中的引力理论

在强引力场中，时空可以被强烈地