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第三章弯曲时空
1、时空观和相对性原理
2、牛顿绝对时空观
3、狭义相对论的时空观
4、广义相对论
2014-09-30宇宙学概论_弯曲时空1
1、时空观和相对性原理
时空观,即是有关时间和空间的物理性质的认识。
关于空时具有代表性的看法
通常的看法(以牛顿为代表):
物质存在于空间中,随时间的流逝而运动着。
空间和时间是物质之外的一种东西,是物质出现和变化的
舞台。空间和时间有绝对意义。
另一种观点(以爱因斯坦为代表):
不存在脱离物质及其运动的空间和时间。
空间和时间是描写物质状态及其运动的一些参数(甚至不
是全部参数)。空间和时间只有相对意义。
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相对性原理
伽利略变换是牛顿力学相对论原理的数学描述。
它集中反映了经典力学的绝对时空观。
洛伦兹变换是狭义相对性原理的数学描述。它集
中反映了狭义相对论的时空观。
广义相对性原理:所有的物理定律在任何参考系
中都取相同的形式,或者说,所有参考系在描述
自然定律时都是等效的。
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2、牛顿绝对时空观
经典时空观首先由牛顿明确提出,牛顿在他的名著《自然
哲学的数学原理》一书中,对绝对时间和绝对空间作了明
确的表述,因此又叫做牛顿时空观。
经典力学总结了低速物体的运动规律,它反映了牛顿的绝
对时空观。
伽利略变换是力学相对论原理的数学描述。它集中反映了
经典力学的绝对时空观:
1.时间间隔与惯性系的选择无关
2.空间间隔也与惯性系的选择无关
在经典力学中,物体的坐标和速度是相对的,同一地点也
是相对的。但时间、长度和质量这三个物理量是绝对的,
同时性也是绝对的。这就是经典力学的绝对时空观。
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牛顿空间
原子半径
~10-10cm
原子核半径
~10-15cm
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3、狭义相对论的时空观
1905年爱因斯坦发表论文《论动体的电动力学》,建立
狭义相对论,成功描述了在亚光速领域宏观物体的运动。
狭义相对论,是仅描述平直线性的时空(指没有引力的,
即闵可夫斯基时空)的相对论理论。
狭义相对论建立在如下的两个基本公设上:
1.物理规律在所有惯性系中都具有
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