相對論深奧嗎,狹義相對論的基本效應有哪些?

2022-07-30 16:07:10 字數 4953 閱讀 6202

1樓:love煙消雲未散

狹義相對論並不是非常深奧,它已經是高中物理課程的選修內容之一,在競賽中更是常考內容之一。它適用於慣性系中的近光速力學問題,主要是由於參考系的變化,同一事件的持續時間並不是相同的(低速中這一差異並不明顯,常被忽略,但當速度接近光速時,差異就很明顯了)。但廣義相對論就相當深奧了,我們老師曾打趣道,你理解廣義相對論後,會相當寂寞,因為整個省裡能和你討論問題的沒幾個。

當然,以上只是就你瞭解一個理論並會做題而言,真正理解一個理論的內部框架與邏輯關係是很難的,包括牛頓三定律。

其實相對論的提出,根本就是為了解決經典電磁學和經典力學之間的矛盾。

建議看一看19世紀後半葉到20世紀初的那段物理學史就能比較清楚了。

在深入點的話,就先學習一下經典牛頓力學, 再學習一下麥克斯韋的經典電磁學理論(當然這兩樣的前提就是先把微積分弄明白!!)都學完了以後 你就會知道這兩個理論雖然都是物理學理論 但其實是存在矛盾的!!這是任何科學理論都不能容忍的!!

(因為通常人都會認為這個世界是由一套規律支配的 而不是兩套或者更多......)那麼 如何解決這個矛盾?抑或是廢除掉這兩個理論體系中的一個?

愛因斯坦在這個時候提出了狹義相對論,在保留了這兩大經典理論的同時,

調和了他們之間的矛盾,同時在人類的思想中開闢了一個前所未有的時空觀。

如果從純粹數學的角度理解狹義相對論 ,應該算是一項不太累的力氣活,只要把光速不變放在至高無上的地位 重新推導一便公式就可以了 就算死記硬背也可以弄明白。但要從感性上 從經驗上弄明白相對論就麻煩了 因為現實中我們不可能達到那麼高的速度哦 只能通過所謂的「理想試驗」去純理性的思考 想象 這也正是相對論最讓人不能理解 最讓人不能接受 最有爭議的原因。-----------------------------------

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2樓:enjoy惟頃刻

挺深奧的,據說真正能懂的沒幾個,個人覺得狹義相對論好懂一些,現在很多人對廣義相對論的解釋只是照本宣科罷了

狹義相對論的基本效應有哪些?

3樓:來自古德寺有魄力的椰子

狹義相對論的兩條原理 2023年,愛因斯坦發表了狹義相對論的奠基性**《論運動物體的電動力學》。關於狹義相對論的基本原理,他寫道: 「下面的考慮是以相對性原理和光速不變原理為依據的,這兩條原理我們規定如下:

1.物理體系的狀態據以變化的定律,同描述這些狀態變化時所參照的座標系究竟是用兩個在互相勻速移動著的座標系中的哪一個並無關係。

2.任何光線在「靜止的」座標系中都是以確定的速度c運動著,不管這道光線是由靜止的還是運動的物體發射出來的。」

其中第一條就是性原理,第二條是光速不變性。整個狹義相對論就建築在這兩條基本原理上。

愛因斯坦的哲學觀念是,自然界應當是和諧而簡單的。的確,他的理論常有一種引人注目的特色:出於簡單而歸於深奧。

狹義相對論就是具有這種特色的一個體系。狹義相對論的兩條基本原理似乎是並不難接受的「簡單事實」,然而它們的推論卻根本地改變了牛頓以來物理學的根基。

4樓:病態殘喘

1.尺縮效應(空間),即高速運動的物體在速度方向上的長度發生相對縮短.

2.鐘慢效應(時間),即高速運動的物體的相對時間變慢.

3.質量增加效應,即高速運動的物體相對質量增加.

to:haan_qian,看清楚題目好不好,人家問的是基本效應,不是基本原則.

5樓:

樓上搞錯了,尺縮,鐘慢是推出來的,基本的是相對性原則和光速不變原則

有誰會解釋狹義相對論?

6樓:眼底洪流

狹義相對論是一個時空理論,描述著不同慣性系之間的時空關係。

愛因斯坦於2023年發表了一篇非常有名的**——《論運動物體的電動力學》,宣告著狹義相對論的誕生,該****了慣性系之間的時空關係,指出對於做相對運動的不同慣性系之間而言,兩個異地事件是否「同時」發生是一個相對的概念。也就是說,處於靜止系中的觀察者認為「同時」發生在不同地點的兩件事情,運動觀測者認為並不是「同時」發生的,這也就是「同時的相對性」。

狹義相對論是建立在兩個基礎假設之上:光速不可變原理和相對性原理。並且,愛因斯坦獨立推匯出了狹義相對論的核心公式——洛倫茲變換。

必須指出的是,愛因斯坦在建立狹義相對論的時候並不知曉洛倫茲的相關工作,雖然最後公式在數學上的形式都一樣,但是是兩個人獨立自主推匯出來的,且愛因斯坦推匯出來的洛倫茲變換的物理解釋跟洛倫茲完全不同。

7樓:

狹義相對論可以看作相對論的微分表達形式。

廣義相對論則是相對論的積分結果。

相對論的創立緣於人們尋找「以太」失敗。

在此以前人們一直相信宇宙中存在一種絕對靜止的物質——以太,是一切運動的介質,光就是在以太中傳播的。

由於地球在自轉,所以認為我們地球表面相對以太的速度應該是各個方向不同的,假如光在以太中的速度是不變的,那麼我們在各個方向上相對光的速度也不同。但是麥克爾遜-莫雷實驗卻沒有測量到不同方向上的光速有任何變化。這說明無論我們的速度是多少,相對光的速度都不變。

所以麥-莫實驗的失敗不是一個簡單的失敗,還給物理學帶來了一個嚴重的現實,速度的疊加原理是錯的。

一直以來我們堅信不移的速度疊加原理突然被發現是錯誤的了,那麼就意味著所有建立在這一理論基礎上的物理理論也都必然是錯的。這對經典物理學幾乎是致命的一個實驗,物理界一片譁然,經典物理學大廈搖搖欲傾。

很多科學家物理學家都紛紛想辦法解釋或者猜測實驗中有什麼地方搞錯了。但是所有的類似的重複實驗也無例外的得到相同的結果。這說明如果沒有其他的參照物,我們就無法確定速度。

單獨一個物體就沒有了速度的概念。

洛倫茲試圖用速度的疊加的觀測效應來解釋為什麼測量不到光速的變化,他建立了一個思維實驗模型。

a是相對o以速度v運動的慣性系。a上放一個電子鐘,以光子在ab之間的往復運動作鐘擺計時。

假設當a與o重合的時候,光子正好從a射向b。

在a看來,光子的路線是ct' ,在o看來光子的路程則是ct 。並且a在t 時間內移動了vt 的距離。

三個長度的關係是:(ct')²+(vt)²=(ct)²

剩下就是等式的變換了:

兩邊去掉括號:²c²t'²=c²t²-v²t²

兩邊同除c² :t'²=t²-v²t²/c²

提取公因式:t'²=t²(1-v²/c²)

兩邊開平方:t'=t√(1-v²/c²)

這個結果好像對解釋為什麼任何速度下測量到的光速都一樣沒太大的用處。因此這個公式也就放置起來不理會了,也沒引起太多人的重視。

愛因斯坦在總結了前人的實驗和理論之後,認為如果測量不到絕對速度,那為什麼不拋棄絕對速度的概念,重新把物理學建立在相對性的基礎上呢?

他認真的分析了速度這個問題。重新審定了速度的概念:速度是表示兩個物體(質點)之間距離變化快慢的物理量。

那麼任何兩個物體之間的速度,一定是相等的,就是說a看o是以速度v運動,則o看a也必然是以速度v運動。這和經典物理學並沒有本質的區別。但是這裡有一個微妙的問題。

速度是兩個物體之間關係,因此應該與第三者無關。

光相對a以c的速度運動,那是光與a的關係,與有沒有o無關。光相對o也是以c的速度運動,與有沒有a無關。因此,解釋了為什麼速度不能疊加。

我們平時的速度是能疊加的,那其實是把兩個獨立的運動的系統看作一個系統了。只是因為速度很慢,所以這樣的近似不會引起太大的誤差。愛因斯坦試圖找到一個換算的因子。

最後突然發現,洛倫茲上面推導的那個公式中的√(1-v²/c²)正是他要找有那個相對論因子。而t'=t√(1-v²/c²),s'=s√(1-v²/c²),就是因相對速度引起的兩個系統互相的觀測值與對方的(相對自己一定是靜止的)靜止值之間的變換。

這就是狹義相對論的主要內容了。

為什麼說是狹義相對論的微分形式呢?這是因為宇宙中幾乎不存在勻速直線運動的物體,就算存在,也很難進行這樣的觀測。

比如下圖:

a是相對紙面靜止的一點。b是相對紙面以速度v運動慣性系上的一點。在a看來,b與a的距離並不是時間的線性函式。

因此,洛倫茲變換隻適用在極小的距離、極短的時間的某一點上的運動。即微分點上的描述。

而巨集觀的結果則必須是由無數的微分點上的結果的累加值,那就是積分,也就是後來的廣義相對論。

很多人以為時間變慢、距離變短是由於速度快造成的。這是一個錯誤的觀念,說明還沒有擺脫絕對性的觀念。

我們這樣想一下就明白了:速度是相對的,因此單獨一個物體不存在速度。而任何一個系統都可以說它的速度是多少。

比如你坐在公園看書,你自己感覺自己是靜止的。

以旁邊走路的人為參照時,你的速度是1.3米/秒

以公路上汽車為參照時,你的速度是13米/秒

以正在起飛的飛機為參照時,你的速度是130米/秒

以飛行的炮彈為參照物時,你的速度是1300米/秒

以一個空間站為參照時,你的速度是13000米/秒

以一顆流星為參照時,你的速度是130000米/秒

看來你的速度是多少並不由你作主。要是因為你的速度快了,你的時間就會變慢,那你該咋變呢?按誰的速度變?

從洛倫茲變換的推導圖中可以看到,速度v只是對o上的觀測結果ct 產生了影響,對ct' 沒有任何影響。

其實是由於相對速度的原因造成了o的觀測結果t 比t' 快,vt 比vt' 長。

說運動的物體時間變慢、尺子變短只是相對參照系上的測量結果而言的。

其實運動的物體上的時間和尺子,與有沒有人觀測,以什麼速度觀測,沒任何關係。

就像你在公園看書,有沒有人走過,有沒有流星掠過,和你有啥關係?它們測量到的時間長度是多少那只是他們的看法和感覺,和你有啥關係呢?

由於相對速度高造成的觀測值的變化是非常正常的事,只是我們平時接觸的高速運動物體太少,所以沒有形成觀念。其實就像我們看遠處的人會變小一樣正常。你看他小他看你也一樣變小,而你看他多大是你的事,和他沒關係。

看高速運動的物體上的時間變快,長度變長,所以說他的時間變慢了,尺子變短了,那只是相對你的觀測值而言的,你的觀測值對它沒任何影響。

狹義相對論解決了由觀測值得到對方自己的測量值的換算關係。這就是狹義相對論的意義所在。

就像我們用儀器測量遠處物體的大小時要經過的換算一樣,相對論並不神祕。

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