《朱栋培相对论》课件

《朱栋培相对论》ppt课件CATALOGUE目录相对论简介相对论的数学基础狭义相对论广义相对论相对论的应用相对论简介01CATALOGUE

相对论的起源19世纪末物理学危机经典物理学无法解释光速不变和米氏-摩雷森实验等实验结果。洛伦兹变换的提出荷兰物理学家洛伦兹提出长度收缩和时间膨胀的洛伦兹变换公式。爱因斯坦的突破爱因斯坦从思想实验出发，提出狭义相对论的两条基本假设。爱因斯坦发表了关于狭义相对论的论文，并提出了著名的质能方程E=mc^2。狭义相对论的发展广义相对论的提出实验验证与证实爱因斯坦在1915年提出了广义相对论，描述了引力的本质是物质引起的时空弯曲。多个实验验证了相对论的预言，如光速不变实验、引力透镜实验等。030201相对论的发展历程所有惯性参照系中光速都是一样的，即光速的不变性；以及物理定律在所有惯性参照系中都是一样的，即参照系的相对性。狭义相对论原理引力是由物质引起的时空弯曲，物体在弯曲时空中沿最短路径（测地线）运动。广义相对论原理相对论的基本原理相对论的数学基础02CATALOGUE了解线性方程组的基本概念，掌握如何用矩阵表示线性方程组，理解矩阵的运算规则。理解向量空间的基本概念，掌握线性变换的定义和性质，理解矩阵与线性变换之间的关系。线性代数基础向量空间与线性变换线性方程组与矩阵理解极限的基本概念，掌握极限的运算规则，理解连续性的定义和性质。极限与连续性理解导数的定义和性质，掌握求导法则，理解微分的概念和运算方法。导数与微分微积分基础曲线与曲面的局部性质理解曲线和曲面的基本概念，掌握曲线和曲面的局部性质，如曲率、挠率等。流形与张量理解流形的基本概念，了解张量的定义和性质，理解张量在相对论中的应用。微分几何基础狭义相对论03CATALOGUE010204狭义相对论的基本假设物理体系的状态变化与参考系的选择无关：即惯性参考系中光速是恒定不变的。物理体系的状态变化与参考系的时间坐标有关：即时间和空间是相对的。物理体系的状态变化与参考系的长度有关：即长度是相对的。物理体系的状态变化与参考系的钟表有关：即钟表是相对的。03时间膨胀长度收缩同时性相对论因果关系相对论狭义相对论的时空观念01020304在高速运动或强引力场下，时间的流逝会变慢。在高速运动或强引力场下，物体的长度会缩短。在不同的参考系中，同时发生的事件可能被视为不同时发生。在高速运动或强引力场下，因果关系可能发生变化。双生子效应当两个孪生兄弟中的一个以高速运动时，他们再次相见时年龄会有所不同。光速不变原理无论在何种惯性参考系中，光在真空中的速度都是恒定不变的。狭义相对论中的特殊情况广义相对论04CATALOGUE物理体系的演化在四维时空流形中是局域因果的，即因果性由单个时空点的邻域结构保证。物理体系满足最小作用量原理，即真实的作用量是关于状态变量取极值。物理体系的状态由一组完备的标量场和矢量场来描述。广义相对论的基本假设引力是由物质引起的时空曲率所产生，而非由牛顿理论中的引力场产生。物质通过能动张量来描述，它决定了时空曲率如何随物质分布而变化。引力场由爱因斯坦场方程描述，该方程将时空曲率与物质分布联系起来。广义相对论中的引力理论黑洞是广义相对论中的一个重要概念，它描述了一个区域，在该区域内光也不能逃逸。黑洞的形成与恒星坍缩有关，当恒星质量超过一定阈值时，它会坍缩成一个奇点，形成一个黑洞。黑洞的性质由其质量、角动量和电荷等参数决定，这些参数通过无毛定理来描述。广义相对论中的黑洞理论相对论的应用05CATALOGUE相对论解释了星体在宇宙中的运动规律，如行星、恒星等天体的轨道运动和光速之间的关系。星体运动规律相对论预测了引力透镜效应的存在，即由于大质量天体的引力作用，使得光线发生弯曲，形成多个像的现象。引力透镜效应相对论还解释了宇宙射线（高能粒子）的产生和传播机制，以及它们与天体之间的相互作用。宇宙射线相对论在天文学中的应用相对论提供了描述基本粒子质量的公式，如电子、质子、中子等粒子的质量计算。基本粒子的质量相对论解释了粒子加速器中粒子的运动规律，以及粒子碰撞产生新粒子的机制。粒子加速器相对论还解释了原子核的结构和稳定性，以及放射性衰变的规律。原子核结构相对论在粒子物理学中的应用黑洞相对论预测了黑洞的存在，以及黑洞周围的时间和空间弯曲的特性。大