第2讲狭义相对论其他结论和广义相对论简介

1、第2讲 狭义相对论的其他结论 和广义相对论简介一、相对论的速度变换公式地面上的人看到车上人相对地面的速度为：v车对地的速度为v，人对车的速度为 如果车上人运动方向与火车运动方向相反，则 取负值 物体的运动速度不能无限增加，那么物体的质量是否随着速度而变化？ 严格的论证表明，物体高速（与光速相比）运动时的质量与它静止时的质量之间有下面的关系：m为运动时的质量 m0为静止时的质量二、相对论质量 微观粒子的速度很高，它的质量明显的大于静止质量在研究制造回旋加速器时必须考虑相对论效应的影响回旋加速器中被加速的粒子质量会变大，导致做圆周运动的周期变大后，它的运动与加在D形盒上的交变电压不再同步，回旋加速

2、器的加速能量因此受到限制 物体的能量和质量之间存在密切的联系，他们的关系是：这就是著名的爱因斯坦质能方程三、质能方程第1题：若一宇宙飞船对地以速度v运动，宇航员在飞船内沿同方向测得光速为c，问在地上观察者看来，光速应为v+c吗？在地面上的观察者看来光速是c不是v+c第2题：人造卫星以第一宇宙速度（约8km/s ），问它的质量和静质量的比为多少？在uc时，可以认为质量是不变的，但v接近光速时m的变化一定要考虑第3题：设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k倍。则粒子运动时的质量等于其静止质量的 倍，粒子运动是光速的 倍。一、超越狭义相对论的思考 爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的两个问题：1.引力问题

3、 万有引力定律无法纳人狭义相对论的理论框架；2.非惯性系问题， 狭义相对论只适用于惯性系，为什么惯性系具有这样的地位？狭义相对论无法解释 二、广义相对性原理和等效原理1.广义相对性原理： 在任何参考系中，物理规律都是相同的。伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系都是相同的爱因斯坦狭义相对性原理(1905年) 在不同的惯性参考系中，一切物理规律都有是相同的； 爱因斯坦广义相对论原理（1916年） 在任何参考系中(包括非惯系）所有的物理规律都是相同的，称为广义相对性原理。逻辑形式逐渐简约2.等效原理： 一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。三、广义相对论的几个结论1.物质的引力使光线发生

4、弯曲 如果飞船做匀速直线运动，船上观察者记录下的光的径迹是一条直线（虚线） 如果飞船做匀加速运动，在光向右传播的同时，飞船的速度也在不断增大，因此船上观察者记录下的光的径迹是一条抛物线。 飞船外观察者看到这束光是直线传播的（水平向右）通常物体的引力场都太弱，20世纪只能观测到太阳引力场引起的光线弯曲太阳由于太阳引力场的作用，我们有可能观测到太阳后面的恒星，最好的观测时间是发生日全食的时候1919年5月29日，发生日全食，英国考察队分赴几内亚湾和巴西进行观测，证实了爱因斯坦的预言，这是对广义相对论的最早证实透镜效应 星球的强引力场能使背后传来的光线汇聚，这种现象叫做引力透镜效应星体星体无法观测黑

5、洞宇宙中很可能存在黑洞，它不辐射电磁波，因此无法直接观测，但是它的巨大质量和极小的体积使其附近产生极强的引力场，引力透镜是探索黑洞的途径之一2.引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别对于高速转动的圆盘，除了转动轴的位置外，各点都在做加速运动，越是靠近边缘，加速度越大，方向指向盘心 地面上看到：越是靠近边缘，速度越大根据狭义相对论，靠近边缘部位的时间进程较慢圆盘上的人认为：盘上存在引力场，方向由盘心指向边缘，靠近边缘的位置引力势较低，得出：引力势较低的位置，时间进程比较慢各类星体对比宇宙中有一类恒星，体积很小，质量却很大，叫做矮星，引力势比地球低的多，矮星表面的时间进程比较慢，哪里的发光的频率比同种的原子在地球上发光频率低，看起来偏红，这个现象叫做引力红移3.引力红移 由于物质的存在，实际空间并不是均匀的，空间发生了“弯曲”：狭义、广义相对论比较狭义相对论广义相对论不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的 任何参考系（包括非惯性系）中物理规律都是相同的真空中的光速在不同惯性参考系中都是相等的 一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价更进一步等效原