爱因斯坦相对论简单解释是爱因斯坦相对论极大地改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念,提出了“同时的相对性”、“四维时空”、“弯曲时空”等全新的概念,它发展了牛顿力学,推动物理学发展到一个新的高度。
传统上,在爱因斯坦刚刚提出相对论的初期,人们以所讨论的问题是否涉及非惯性参考系来作为狭义与广义相对论分类的标志。随着相对论理论的发展,这种分类方法越来越显出其缺点—参考系是跟观察者有关的,以这样一个相对的物理对象来划分物理理论,被认为不能反映问题的本质。
爱因斯坦的成就
读过笔者的《相对论英雄谱》以后,相信人们应该不再会抱有这样的观念了。物理学是一条思想的河流,如相对论这样的近代物理学支柱型的理论体系,其思想之深度与广度都决定了创立它的事业远超出单个天才的能力。
这几乎应该是个显而易见的道理。然而,确实长期有人宣称至少广义相对论之建立是爱因斯坦一人之功,而相当长一段时间内笔者对这种论调也是信以为真的。
在浏览过相对论的内容、阅读过相应内容的经典文献后,笔者得出的结论是,相对论是浪漫的拉丁文化和严谨的德意志文化结合的产物,某种意义上说前者似乎应占更大的比重。
德国南部出生、和父母一起在意大利北部住过一段时间、在瑞士完成中学和大学教育并迈出研究第一步的爱因斯坦,无疑地深受这两种文化的熏陶与影响。
狭义相对论中,长度收缩与时间延缓效应仅取决于参考系的相对速度,所以地球与飞船做相对运动时,地球看到飞船的时间变慢,飞船看到地球的时间也变慢。所以说这是一个“相对效应”。
但是前提是两个参考系必须都是惯性系。在这个情景里,卫星作圆周运动,不是惯性系,因此狭义相对论是失效的。
广义相对论认为引力场导致时空弯曲产生时间与长度的变化,在越强的引力场中,时间延缓的越多。地球表面的引力场自然比卫星的强,所以卫星上的时间酷爱。这个结论是正确的。
星际火箭以08c的速率飞行,其运动质量是静止质量的多少倍?
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m=m0/√1-(v/c)^2
m/m0=1/√1-(v/c)^2=1/√[1-(08c/c)^2]=5/3
处于恒星际站上的观测者测得两个宇宙飞船以099c的速率沿相反方向离去,问自一火箭测得另一火箭的速率是多少?
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V=(v'+u)/{1+[(v'u)/(c^2)] }
=(099c+099c)/{1+[(099c099c)/(c^2)] }
=198c/[1+099099]
=
首先,请先考虑一下经典的时空观,也就是伽利略的时空观,不同惯性系间,时间是同步的,而位矢和速度有简单的加减关系。在力学范畴,暂且看不出差别,但是对于电磁现象这种关于高速运动的现象,经典时空观出现了矛盾,波动方程反应了电磁波在真空中的传播速度是光速,但是这个速度到底是相对于哪个参考系?如果换为另一个参考系,这个波动方程的形式就会发生改变,不满足物理规律协变性的要求(即在一切惯性系中,物理规律应该具有相同的形式,牛顿定律就满足这样的形式)。正是在这一点以及迈克尔孙测量地球相对于以太的运动等试验基础上,爱因斯坦提出了相对论,主要是关于一种新的时空观的建立(即时间不再是与空间无关的量)。所谓时间的相对性,一方面是指由数学表达式推导出来的“动钟延缓”理论,另一方面还是这么个意义:钟的快慢只是相对的,如果把惯性系固定在运动的钟上,钟上的时间叫做固有时间,随钟一起运动的人看到的时间是最本质的时间,而在固定于地面坐标系上的人看钟的时间会发现钟变慢。可见,位于不同参考系上的人观察同一个钟,对时间的感觉会有差别,这并不是人的错觉,而是一种自然本质,客观事实,时间的相对性也正是体现在这里,简单点就是“换位思考”,假设自己位于不同的参考系上分别考虑问题。
根据洛伦茨变换可以推出同时的相对性
t2(一撇)-t1(一撇)=(u/c^2)(x1-x2)/ √(1-(v/c)^2)(x1是后端)
x1<x2,所以t2(一撇)<t1(一撇),t1(一撇)更长,所以前端先
(一撇指一撇系即飞船参考系)
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分析和解:以地面参考系为S系,飞船参考系为S'
1)跑道固定在S系中,原长Ln=100m。由于S'系相对S系高速运动,因而在S'系中观测,跑道长度为
L'=Ln根号(1-(v/c))=100o6=60m
2)Δx=(Δx-vΔt)/根号(1-(v/c)),
Δt'=(Δt-v/c平方Δx)/根号(1-(v/c))
将Δx=100m,Δt=10s,v=08c代入以上两式
得Δx’=(100-08310的8次方10)/06=-0410的10次方m
计算结果中的负号表示在S'系观测中,运动员是沿X'负方向向后退
Δt'=(10-((0810的8次方)/(310的8次方)平方)100)/06=-10/06=166s
相对论是关于时空和引力的理论,主要由爱因斯坦创立,依其研究对象的不同可分为狭义相对论和广义相对论。相对论和量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化,它们共同奠定了现代物理学的基础。
相对论极大地改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念,提出了“同时的相对性”、“四维时空”、“弯曲时空”等全新的概念。
扩展资料:
狭义相对论建立在如下的两个基本公设上:
1 狭义相对性原理(狭义协变性原理):一切的惯性参考系都是平权的,即物理规律的形式在任何的惯性参考系中是相同的。这意味着物理规律对于一位静止在实验室里的观察者和一个相对于实验室高速匀速运动着的电子是相同的。
2 光速不变原理:真空中的光速在任何参考系下是恒定不变的,这用几何语言可以表述为光子在时空中的世界线总是类光的。在国际单位制中使用了“光在真空中1/299,792,458秒内所走过的距离”来定义长度单位“米”(米)。
光速不变原理是宇宙时空对称性的体现,而中微子的超光速现象可能只是时空对称性的对称破缺而决不能推翻相对论(已证实该实验有误)。
广义相对论建立在如下的两个基本公设上:
1 广义相对性原理(广义协变性原理):任何物理规律都应该用与参考系无关的物理量表示出来。用几何语言描述即为,任何在物理规律中出现的时空量都应当为该时空的度规或者由其导出的物理量。
2 爱因斯坦场方程(详见广义相对论条目):它具体表达了时空中的物质(能动张量)对于时空几何(曲率张量的函数)的影响,其中对应能动张量的要求(其梯度为零)则包含了上面关于在其中做惯性运动的物体的运动方程的内容。
参考资料:
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