高中物理 第十五章 相对论简介 1 相对论的诞生素材 新人教版选修34.ppt

1相对论的诞生 一 两朵乌云 1900 开尔文勋爵 物理学的大厦已经建成 未来的物理学家只需要做些修修补补的工作就行了 但是 明朗的天空还有两朵乌云 一朵与黑体辐射有关 另一朵与迈克尔逊实验有关 第一朵乌云 黑体辐射量子论第二朵乌云 迈克尔逊实验相对论 1900 1905 量子论的诞生 量子说光子说爱因斯坦解释光电效应 1905 爱因斯坦生平 1879 3 14诞生于德国乌尔姆中 小学时代德国慕尼黑1895 1896瑞士阿劳中学一年1896 1900苏黎士工业大学学习1900 1902艰辛求职 四面碰壁 爱因斯坦对学校教育持批评态度 一生中除了在阿劳中学那一年的补习班外 对学校教育没有好印象 他高度评价阿劳中学的教学 这个中学用它的自由精神和那些不仗外界权势的教师的纯朴热情 培养了我的独立精神和创造精神 正是阿劳中学 成为了孕育相对论的土壤 1902 1909伯尔尼发明专利局工作初期科研情况 1901 1篇论文1902 2篇论文1903 1篇论文1904 1篇论文 希尔伯特 没有比专利局对爱因斯坦更适合的工作单位了空闲 宽容 爱因斯坦的丰收年 26岁 1905 5篇3月解释光电效应 光子说 6月发表 4月博士论文 测定分子大小的新方法 4月提交 5月解释布朗运动 7月发表 6月 论运动物体的电动力学 狭义相对论 9月发表 9月 11月发表 爱因斯坦生平 1909 1914进入大学工作 苏黎士 布拉格等地 1914 1933柏林大学教授 德国物理研究所所长 院士1915提出广义相对论 36岁 1933 1955美国普林斯顿大学高级研究所研究员1955年4月18日逝世 二 狭义相对论 光波是 以太 的弹性振动 以太相对于地球运动吗 光行差现象 1728 1810 以太相对于地球有运动 迈克尔逊实验 1881 1887 没有测出这一运动 洛伦兹的解释 以太相对于绝对空间静止 洛伦兹收缩 x x vty yz zt t 伽利略变换 洛伦兹变换 相对于绝对空间的变换 爱因斯坦的新理论相对性原理光速不变原理 洛伦兹变换 不存在绝对空间 一切运动都是相对的 洛伦兹变换是任意两个惯性系之间的变换 v是相对速度 爱因斯坦 洛伦兹反对爱因斯坦的观点 给爱因斯坦的理论起了个名字 相对论 相对论认为 同时 是相对的动尺收缩 空间是相对的动钟变慢 时间是相对的质能关系 爱因斯坦的创新之处 1 坚持相对性原理 2 认识到光速是绝对的 3 时间能量空间动量 究竟是谁创造了相对论 历史 1892洛伦兹 斐兹杰惹收缩 1892 1889 1893 1902彭卡莱否认绝对空间 绝对时间 但仍承认有以太 批评相对于绝对空间的动尺收缩假设 认为 相对性原理 适用于电磁理论 1904洛伦兹部分接受彭卡莱批评提出地方时间 非真实时间 给出洛伦兹变换 1887佛格特 1898拉摩 电子质量公式 1904彭卡莱 正确表述 相对性原理 提到用光信号对钟 但认为得到的是地方时间 不是真实时间 推测真空中光速c是常数 且可能是极限速度 1905爱因斯坦发表相对论 论运动物体的电动力学 只有他认识到 1 必须彻底抛弃绝对空间 以太 必须彻底抛弃绝对时间 同时的绝对性 2 同时 是相对的 可以用光来对钟 定义 同时 3 新理论是一个时空理论 杨振宁教授洛伦兹只有近距离眼光 没有远距离眼光洛伦兹 只重视解释实验与观测结果 局部修改物理理论 不从哲学角度考虑彭卡莱只有远距离眼光 没有近距离眼光彭卡莱只从哲学和教学的角度来考查问题 不从实验和测量的角度考查爱因斯坦具有自由的眼光 既近距离又远距离观察问题既重视实验和观测 又注重哲学探讨 马赫著作 奥林匹亚学院 洛伦兹是技术型的 彭卡莱是哲学型的 爱因斯坦是物理型的 三 弯曲的时空 广义相对论 1 惯性系无法定义 2 万有引力定律纳不进相对论体系 引力场 惯性场 局域 等效原理广义相对性原理 广义相对论 万有引力不是真正的力 而是时空弯曲的表现行星绕日运动是惯性运动 伽利略的错误 地球上的自由落体是惯性运动 时间能量空间动量 时空曲率 物质 广义相对论的三个实验验证 1 引力红移 2 水星进动 3 光线偏折 水星轨道近日点的进动 5600 730 41 百年 观测 5557 620 20 百年 计算 43 11 百年的进动无法解释 广义相对论的回答 43 百年 勒维叶的猜测 火神星 勒维叶与亚当斯发现海王星 光线偏折 广义相对论 1 75 牛顿理论 0 875 实验观测 1915年 爱丁顿西非普林西比 巴西 阴雨 1 980 12 今天 1 89 引力波广义相对论预言 有引力波 以光速传播j h taylar r a hulse发现脉动双星 psr1913 16 轨道周期每年减少约万分之一秒 恰好可用引力辐射来解释 由于对脉冲双星研究的贡献获1993年诺贝尔物理奖 但未明确指明发现引力波 爱因斯坦说 狭义相对论如果我不发现 五年之内就会有人发现 广义相对论如果我不发现 50年之内也不会有人发现 爱因斯坦与格罗斯曼合作得到场方程 爱因斯坦与希尔伯特讨论后得到正确的场方程 数学家对爱因斯坦的帮助 四 相对论的进展 现代宇宙学黑洞奇性定理时空隧道与时间机器规范场 现代宇宙学爱因斯坦 有限 无边的静态宇宙模型加入宇宙项 宇宙项 暗物质与暗能量 物质 亮星 暗物质 暗能量 重子 热暗物质 中微子 冷暗物质 起源于 动力学暗能量 广义相对论在宇观尺度失效 0 5 4 0 3 29 65 黑洞 r 视界 r 0奇点 tr洞外时间空间洞内空间时间 信息疑难2004年7月21日 霍金 我输了 霍金 s w hawking 索恩 kip throne 普瑞斯基 johnpreskill 奇性疑难 彭若斯与霍金的奇性定理 时间一定有开始和结束 宇宙中的虫洞 时空隧道与时间机器 规范场 1 爱因斯坦统一场论的思想2 魏尔 h weyl 的尺度变换理论 规范场3 爱因斯坦的反对意见4 福克与伦敦对魏尔理论的修正5 杨振宁对规范场的贡献6 引力规范理论 五 爱因斯坦的主要成就 1905狭义相对论 受马赫思想启发 光子说1915广义相对论 受马赫思想启发 得到格罗思曼与希尔伯特的帮助 其他成就 分子运动论 量子统计 激光原理 统一场论 与哥本哈根学派的论战 爱因斯坦是人而不是神他曾经