❶ 爱因斯坦的相对论的内容及其意义
相对论,是爱因斯坦智慧的结晶,主要讲的是宇宙的问题,没有大学的水平,基本上是读不懂的。这是我的亲身感受,我也买了一本正在读以下就是它的主要内容,已经是最简洁的了,希望能够帮到你:相对论分为广义相对论和狭义相对论 广义相对论的基本概念解释: 广义相对论是爱因斯坦继狭义相对论之后,深入研究引力理论,于1913年提出的引力场的相对论理论。这一理论完全不同于牛顿的引力论,它把引力场归结为物体周围的时空弯曲,把物体受引力作用而运动,归结为物体在弯曲时空中沿短程线的自由运动。因此,广义相对论亦称时空几何动力学,即把引力归结为时空的几何特性。 如何理解广义相对论的时空弯曲呢?这里我们借用一个模型式的比拟来加以说明。假如有两个质量很大的钢球,按牛顿的看法,它们因万有引力相互吸引,将彼此接近。而爱因斯坦的广义相对论则并不认为这两个钢球间存在吸引力。它们之所以相互靠近,是由于没有钢球出现时,周围的时空犹如一张拉平的网,现在两个钢球把这张时空网压弯了,于是两个钢球就沿着弯曲的网滚到一起来了。这就相当于因时空弯曲物体沿短程线的运动。所以,爱因斯坦的广义相对论是不存在“引力”的引力理论。 进一步说,这个理论是建立在等效原理及广义协变原理这两个基本假设之上的。等效原理是从物体的惯性质量与引力质量相等这个基本事实出发,认为引力与加速系中的惯性力等效,两者原则上是无法区分的;广义协变原理,可以认为是等效原理的一种数学表示,即认为反映物理规律的一切微分方程应当在所有参考系中保持形式不变,也可以说认为一切参考系是平等的,从而打破了狭义相对论中惯性系的特殊地位,由于参考系选择的任意性而得名为广义相对论。 我们知道,牛顿的万有引力定律认为,一切有质量的物体均相互吸引,这是一种静态的超距作用。 在广义相对论中物质产生引力场的规律由爱因斯坦场方程表示,它所反映的引力作用是动态的,以光速来传递的。 广义相对论是比牛顿引力论更一般的理论,牛顿引力论只是广义相对论的弱场近似。所谓弱场是指物体在引力场中的引力能远小于固有能,力场中,才显示出两者的差别,这时必须应用广义相对论才能正确处理引力问题。 广义相对论在1915年建立后,爱因斯坦就提出了可以从三个方面来检验其正确性,即所谓三大实验验证。这就是光线在太阳附近的偏折,水星近日点的进动以及光谱线在引力场中的频移,这些不久即为当时的实验观测所证实。以后又有人设计了雷达回波时间延迟实验,很快在更高精度上证实了广义相对论。60年代天文学上的一系列新发现:3K微波背景辐射、脉冲星、类星体、X射电源等新的天体物理观测都有力地支持了广义相对论,从而使人们对广义相对论的兴趣由冷转热。特别是应用广义相对论来研究天体物理和宇宙学,已成为物理学中的一个热门前沿。 爱因斯坦一直把广义相对论看作是自己一生中最重要的科学成果,他说过,“要是我没有发现狭义相对论,也会有别人发现的,问题已经成熟。但是我认为,广义相对论不一样。”确实,广义相对论比狭义相对论包含了更加深刻的思想,这一全新的引力理论至今仍是一个最美好的引力理论。没有大胆的革新精神和不屈不挠的毅力,没有敏锐的理论直觉能力和坚实的数学基础,是不可能建立起广义相对论的。伟大的科学家汤姆逊曾经把广义相对论称作为人类历史上最伟大的成就之一。 狭义相对论就是 狭义相对论是建立在四维时空观上的一个理论,因此要弄清相对论的内容,要先对相对论的时空观有个大体了解。在数学上有各种多维空间,但目前为止,我们认识的物理世界只是四维,即三维空间加一维时间。现代微观物理学提到的高维空间是另一层意思,只有数学意义,在此不做讨论。 四维时空是构成真实世界的最低维度,我们的世界恰好是四维,至于高维真实空间,至少现在我们还无法感知。一把尺子在三维空间里(不含时间)转动,其长度不变,但旋转它时,它的各坐标值均发生了变化,且坐标之间是有联系的。四维时空的意义就是时间是第四维坐标,它与空间坐标是有联系的,也就是说时空是统一的,不可分割的整体,它们是一种”此消彼长”的关系。 四维时空不仅限于此,由质能关系知,质量和能量实际是一回事,质量(或能量)并不是独立的,而是与运动状态相关的,比如速度越大,质量越大。在四维时空里,质量(或能量)实际是四维动量的第四维分量,动量是描述物质运动的量,因此质量与运动状态有关就是理所当然的了。在四维时空里,动量和能量实现了统一,称为能量动量四矢。另外在四维时空里还定义了四维速度,四维加速度,四维力,电磁场方程组的四维形式等。值得一提的是,电磁场方程组的四维形式更加完美,完全统一了电和磁,电场和磁场用一个统一的电磁场张量来描述。四维时空的物理定律比三维定律要完美的多,这说明我们的世界的确是四维的。可以说至少它比牛顿力学要完美的多。至少由它的完美性,我们不能对它妄加怀疑。 相对论中,时间与空间构成了一个不可分割的整体——四维时空,能量与动量也构成了一个不可分割的整体——四维动量。这说明自然界一些看似毫不相干的量之间可能存在深刻的联系。在今后论及广义相对论时我们还会看到,时空与能量动量四矢之间也存在着深刻的联系。 物质在相互作用中作永恒的运动,没有不运动的物质,也没有无物质的运动,由于物质是在相互联系,相互作用中运动的,因此,必须在物质的相互关系中描述运动,而不可能孤立的描述运动。也就是说,运动必须有一个参考物,这个参考物就是参考系。 伽利略曾经指出,运动的船与静止的船上的运动不可区分,也就是说,当你在封闭的船舱里,与外界完全隔绝,那么即使你拥有最发达的头脑,最先进的仪器,也无从感知你的船是匀速运动,还是静止。更无从感知速度的大小,因为没有参考。比如,我们不知道我们整个宇宙的整体运动状态,因为宇宙是封闭的。爱因斯坦将其引用,作为狭义相对论的第一个基本原理:狭义相对性原理。其内容是:惯性系之间完全等价,不可区分。 著名的麦克尔逊--莫雷实验彻底否定了光的以太学说,得出了光与参考系无关的结论。也就是说,无论你站在地上,还是站在飞奔的火车上,测得的光速都是一样的。这就是狭义相对论的第二个基本原理,光速不变原理。 由这两条基本原理可以直接推导出相对论的坐标变换式,速度变换式等所有的狭义相对论内容。比如速度变幻,与传统的法则相矛盾,但实践证明是正确的,比如一辆火车速度是10m/s,一个人在车上相对车的速度也是10m/s,地面上的人看到车上的人的速度不是20m/s,而是(20-10^(-15))m/s左右。在通常情况下,这种相对论效应完全可以忽略,但在接近光速时,这种效应明显增大,比如,火车速度是0。99倍光速,人的速度也是0。99倍光速,那么地面观测者的结论不是1。98倍光速,而是0。999949倍光速。车上的人看到后面的射来的光也没有变慢,对他来说也是光速。因此,从这个意义上说,光速是不可超越的,因为无论在那个参考系,光速都是不变的。速度变换已经被粒子物理学的无数实验证明,是无可挑剔的。
❷ 爱因斯坦相对论的重要意义
这么说吧,
首先明确一点:任何高端成果,都必须先有理论基础,然后根据理论通过实践实现这个成就
举一正一反两个例子给你理解:
反:永动机没有理论基础,所以任何尝试都是徒劳(因为世界上不存在一种理论说能量可以源源不断产生,只有现有的能量守恒)
正:为什么美国人当初要去创造原子蛋??因为相对论给出了理论质量与能量可以互换,而且小质量可以变成大能量,,,有了这个理论,所以才会有人去发明创造,才能最终产生原子弹这种武器。。换句话说,如果没有相对论,美国人根本不会去搞什么原子弹东东,因为这个东西理论上都没证明存在,就像永动机一样,你怎么知道存在一样武器可以把质量变成能量????
所以原子弹这种武器也就不可能产生
所以接下来对于你的问题就是“相对论作为了哪些举世瞩目成果的理论基础”
必须要提前说明的是,因为相对论中的理论基础已经产生了众多伟大科学成果,还有更多的伟大的成果正在研究探索之中,因为这不是那么简单的,一项成果实践出来需要很长时间的,甚至几个世纪。。。。。已产生的成果之中,我所知道的最重要的几个:
1.航天技术,,你可能会有疑惑,航天不就是宇宙飞船、航天飞机……,错,宇宙飞船能够翱翔宇宙基础必须是相对论构建的时空体系,宇宙飞船飞行轨道、速度、能量都是经过相对论的公式严密计算的,我记得一篇文章说,如果飞船飞行方向按照牛顿公式计算的话,每秒钟偏离正确轨道15千米(这多可怕)
2.原子弹、氢弹、中子弹等高科技核武器,利用爱因斯坦质能方程E=mc^2,意思是能量可以通过质量转换而来,具体计算法则是这个公式,c是光速,可以看出极小的质量可以爆发巨大能量,而且据说原子弹爆发能量真正利用率只有百分之零点几
3.微观粒子科学,LHC应该听说过吧,准确来说它的理论基础是相对论+量子论,这个东西很NB,你以后会明白它的重要性,总之我说围观粒子科学绝对不亚于前两项成就。
4.……………………很多很多,不一一列举了
当然你要说还有什么是正在探索的东东???不知道虫洞听说没,无数科学家正在不断寻找的东东,很大可能我们这辈子是看不到的,下辈子也看不到,下下辈子……
但是这个东西一旦发现,也许整个人类的生活都要发生巨变,也许我们真要离开地球生活在XX星球,也许真有外星人了
在相对论基础上发现或发明任何一个成就都是划时代的,伟大的,因为这理论太超前了,太超前了,这理论的实践成果甚至需要几千年、几万年,如果不是爱因斯坦,你很难想象,相对论这种东西竟然会这么早出现在20世纪,,体现了爱因斯坦的天才、伟大
❸ 爱因斯坦的意义
诗曰: .
我们全都因他受益 .
他的教诲惠及全球 .
那专属他个人的东西 .
早已传遍人间 .
他如将陨的彗星,光华四射 .
无尽的光芒与他永伴。 .
对于我们今天来说,爱因斯坦的意义不只在于他是一位伟大的物
理学家,更在于他是一个曾经生活过、爱过、思考过、获得过思想的
乐趣的人。爱因斯坦一生求索,寻找他亲爱的难以捉摸的上帝的脉搏。
时至今日,已经没有人会怀疑爱因斯坦的伟大。本世纪没有哪一位物
理学家像他一样在二十世纪物理学最重要的两个领域都做出了开创性
的贡献,他近乎单枪匹马地完成了狭义相对论和广义相对论,同时又
与普朗克和玻尔共同奠定了量子力学的基础。因为有他的思考,整个
物理学发生了巨大的改变,整个世界也随之而变―――虽然不是所有
的改变都是他愿意看到的(比如原子弹的诞生)。作为物理学家的爱
因斯坦,他的贡献已部分地融入到我们生存的物质基底和文化背景;
而作为思想者的爱因斯坦,他将为每一个热爱独立思想的人,源源不
断地提供前进的精神力量。
“对于伟大的真正理解,不在于仰视他,膜拜他,而在于与他对
话。”派依斯这部“可能是爱因斯坦本人最喜爱的关于自己的传记”
(杨振宁语,见本书封底)为我们提供了深入了解爱因斯坦的一个途
径。如副题所说,本书介绍了爱因斯坦的科学以及他作为一个科学家
的生活。要与爱因斯坦这样的伟人对话当然不是一件容易的事,也只
有如派依斯这样的物理学家才有可能如此追寻爱因斯坦的科学足迹,
使我们大致回到爱因斯坦当初的情景,重新感受爱因斯坦可能有的感
受。而要获得这种感受,没有足够的物理学修养确实是无法实现的。
本书有大量的公式推导,这对于普通读者来说是很大的障碍,如果一
概越过,本书所剩的内容可能也就不多了。爱因斯坦成为新闻人物之
后,传说他将自己的著作交给出版商时,曾经警告出版商不会有多于
12个人读懂它。(356)能够全部读懂这部关于爱因斯坦的科学史专著
的人虽然要远远多于12个,在中国愿意读的人也许不少于此书的印数
3000,但决不会如霍金《时间简史》般畅销。一部充满五线谱的贝多
芬传记,它的读者当然只能是那些有足够音乐素养的人。而爱因斯坦
的音符就是公式。科学是一个集体的作品,如同一代代能工巧匠共同
盖一座楼,每一代人甚至每一个人都有自己的工具、自己的砖石、自
己对楼的设想。科学大厦就是这样拼凑起来的,每建到一定高度,就
会有人想要用新的材料把整个大楼翻盖一次。而科学大厦还以拼凑的
方式继续盖下去。派依斯再现了爱因斯坦所建造和翻盖的那一部分。
读者如果能够耐心地、一步步地推导书中的每一个公式,便如跟随爱
因斯坦在迷宫般的建筑中穿行,便可看到爱因斯坦如何在危险的地方
拆墙毁垣,在不可能的地方架桥垒屋,将物理学大厦翻盖一新的。我
相信,对于爱因斯坦蓬勃的创造力和惊人的胆略,读者会有惊心动魄
之感。这种精神享受不推不足以知晓。很遗憾,我只能推导其中极少
一部分。 我们的物理教科书上所描写的科学总是新近翻盖的,它所显现的
演进几乎是一条直线,似乎冥冥之中有一条道路从牛顿一直铺到爱因
斯坦。回溯总是把事情简单化,一朵玫瑰一旦开放,这朵花就成了这
株玫瑰上最耀眼的部分,这株玫瑰的生长就常常被描述成从根部直达
此花,而其它没有结苞的枝蔓则被一笔带过甚至略去不谈,仿佛从未
存在过,仿佛玫瑰的根知道花蕾要在哪个枝头绽放似的。好的科学史
则使我们看到更丰富的枝蔓。在这部书中,派依斯对于爱因斯坦一生
诸多重大发现,诸如相对论、光电子理论、固体比热等,都给予了充
分的描述:爱因斯坦所身处的学术背景、前人的工作、同时代人的观
念以及爱因斯坦的创造。从中可以看到,爱因斯坦所面对的,根本不
是一条条道路,而是一重重迷雾,一丛丛荆棘。“让我们跟着他上路。
我们会看到,他有过多少试验,犯过多少错误,经历过多少彷徨。”
(205)即使爱因斯坦,也不知道花朵将在哪一个枝头开放。“1933年
6月20日,被驱逐出德国的爱因斯坦在英国的格拉斯哥大学发表了关于
广义相对论起源的演讲,演讲结束时,他说:‘在黑暗中探寻我们感
觉到却说不出的真理的岁月里,渴望越来越强,信心时来时去,心情
焦虑不安,最后终于穿过迷雾看到光明,这一切,只有亲身经历过的
人才会明白。’”(297)尽管派依斯能够帮助我们领会其中一部分,
但对于广义相对论,我们永远也没有办法比爱因斯坦体会得更深,然
而,热爱思想的人完全可以通过对其它事物的思索获得类似的感受。
爱因斯坦用穿过迷雾见到光明的比喻描述了自己的心情,但容易让他
人产生误解,以为光明本来就在前面。我们一贯相信所谓科学的实在
性,仿佛相对论是埋在地下的庞培古城,本来就已经存在,即使没有
爱因斯坦,别人也会把他挖出来。关于狭义相对论,爱因斯坦承认别
人也可以发现。但他说,广义相对论不是这样。言外之意,我们可以
把“发明”这个词放在爱因斯坦与广义相对论之间。科学中所包含的
人类思想的自由创造比我们想象的要多得多。如果没有爱因斯坦,我
们今天的科学大厦必定是另一个样子。爱因斯坦所见到的光明其实是
他自己燃起的荆棘。如果在迷雾和荆棘的后面,有一丝光亮诱惑着爱
因斯坦,这丝光亮就是爱因斯坦对他的上帝的总体信念。“上帝难以
捉摸,但他并不邪恶。”(127) 作为物理学家的爱因斯坦离我们大多数人实在过于遥远,我们永
远无法感同身受。作为思想者的爱因斯坦则可以给所有热爱思考的人
以力量。就如爱因斯坦在纪念居里夫人时所说:伟大人物在道德人格
上给人类的贡献往往比我们想象的要大得多。我们所接受的宏大的教
育方略总是要孩子们从小树雄心、立大志,为了什么什么成为什么什
么。与之相匹配,我们强调榜样的力量,把榜样的成长描述成为了什
么什么、含辛茹苦地什么什么、终于成为什么什么的过程。我们的师
长也不时推出一些榜样供我们仿效。然而,这种仿效使活的生命个体
成为僵硬的工具,使思想全无乐趣可言。以爱因斯坦之伟大,当然可
以成为我们的榜样。然而,没有人能够模仿成为第二个爱因斯坦,爱
因斯坦本人也没有一个榜样供他模仿。爱因斯坦在年幼时曾被一个指
南针深深迷惑,却从没有从小立志当一名牛顿那样的物理学家。在祝
贺普朗克60诞辰时,爱因斯坦说:“能使人们达到这些成就的情感状
态,是同有宗教信仰的人或恋爱中的人所有的那种状态相似的,日常
的追求并不来自什么设计和计划,而是来自直接的需要”(30)河流
在走出源头的时候,并不知道自己将要入海。而河成为海,乃是自然
而然地生长的结果。 思索自然之本性,抚摩上帝的脉搏,是爱因斯坦一生的“直接需
要”,这种需要源自于他对自然的宗教般的恋爱般的情感,这种情感
使他获得了极大的思维的乐趣。爱因斯坦曾说,广义相对论是他一生
中最快乐的思想。1915年11月,广义相对论就要瓜熟蒂落了,他的理
论解释了困惑了物理学家60多年的难题―――牛顿理论所不能解释的
水星近日点的转动,而不需引入任何特殊的假设。派依斯写到:“我
相信,这一发现是爱因斯坦科学生涯中,或者也许是他一生中最激动
人心的。大自然已经对他说了,他肯定是对的。‘几天来,我兴奋极
了’后来,他告诉福克尔,他的发现使他的心都要跳出来了。他对德
哈斯说的更有意思:当他看到他的计算和还未经解释的天文观测一致
时,他感到身上有什么东西响了一下。”(293)这大约就是恋爱般的
情感,一个鼓足勇气给仰慕已久的姑娘递上情书殷切等待的小伙子,
在听到姑娘同意的答复时,恐怕就是这种欣喜若狂的感觉。倘无这种
乐趣,就算给他诺贝尔奖,爱因斯坦也未必愿意。 作为一个热爱思想的人,作为一个从思想中获得乐趣的人,爱因
斯坦从未停止过思想。爱因斯坦坚信自己对自然的理解。1919年,爱
因斯坦第一次听到广义相对论预言的星光弯曲得到了观测证实时,非
常激动。当一个“学生问他:如果没有得到证实,他会怎么说。爱因
斯坦回答:那么,我只好为亲爱的上帝感到遗憾。无论如何,这个理
论是正确的。”(35)但爱因斯坦并不偏执。当爱因斯坦与印度诗人
泰戈尔就物质实在性进行讨论时,相信存在脱离人类精神之外的客观
实在及客观真理的爱因斯坦承认,这种观点是不能证明的,“这是一
种信念。”(许良英等译,商务印书馆,《爱因斯坦文集》第一卷
270页;派依斯著,戈革等译,东方出版中心,《一个时代的神话――
爱因斯坦的一生》142页)爱因斯坦曾这样评价玻尔:“他发表见解时
总像一个不断摸索的人,从不像相信自己已占有了真理的人。”(
483)爱因斯坦本人也是如此。 1955年4月,爱因斯坦的生命到了尽头。13日,他说:“当我必须
走时,就应该走。人为地延长生命是毫无意义的,我已尽了我的责任,
是该走的时候了。我会走得很体面的。”他坚持不注射吗啡。18日凌
晨1时15分,爱因斯坦停止了呼吸。当天下午,12位爱因斯坦最亲近的
人聚集在一起,与他告别。其中一人吟诵了歌德的诗句。诗曰:我们
全都因他受益/他的教诲惠及全球/那专属他个人的东西/早已传遍
人间/他如将陨的彗星,光华四射/无尽的光芒与他永伴。随后,遗
体火化,骨灰撒在一个不让人知道的地方。(554)这是思想者爱因斯
坦留给我们的最后一笔精神财富。
❹ 爱因斯坦的相对论的详细意义
普通物理学1
一、伽利略相对性原理和经典力学时空观
惯性系:一个不受外力或外力合力为0的物体,保持静止或匀速直线运动不变,这样的参考系,叫惯性参考系,简称惯性系。
(新想法:如果认识到非贯性系力产生的原因,在进行物理实验时将此力(惯性力)一并计算,那么就与跳出非惯性系,在惯性系中实验得到一样的结论,就可以把非惯性系当成惯性系对待——这与广义相对论的相对性原理是类似的)
一切彼此作匀速直线运动的惯性系,对于描写机械运动的力学规律来说是完全等价的,在一个惯性系的“内部”所作的任何力学实验,都不能确定这一惯性系本身是在静止状态,还是在作匀速直线运动。这个原理叫力学相对性原理,或伽利略相对性原理。
牛顿说:“绝对的、真正的和数学的时间自己流逝着,并由于它的本性而均匀地、与任一外界对象无关地流逝着。”“绝对空间,就本性而言,与外界任何事物无关,而永是相同的和不动的。”(见牛顿著作《自然哲学的数学原理》)
二、狭义相对论的提出背景
在19世纪末,人们知道光速是有限的,在测量光速时发现,木星卫星发出的光,到达地球的时间是相同的,而不管地球是朝向卫星运动还是背向卫星运动。这不符合物体运动的速度叠加原理(A参照系相对于B参照系速度为v1,A上发出相对A速度为V2的物体,物体相对于B速度为V1+V2),而符合波的性质,因为当时已知的所有波都有介质,因此人们假设光也有介质,定名为“以太”,光在以太中稳定传播,所以与地球的运动无关。
由于地球并非宇宙中的特殊天体,以太应该对地球有相对运动,而著名的迈克耳孙(A.A.Michelson)和莫雷(E.W.Morley)实验证明了相对地球运动的以太不存在,也就是说,如果存在以太,以太就是对地球静止的,这里和一些人认为的证明了以太不存在,叙述上有一点点区别。
1905年,爱因斯坦提出两条假设:
1。相对性原理:物理学在一切惯性参考系中都具有相同的数学表达形式,也就是说,所有惯性系对于描述物理现象都是等价的。(够绝对的)
2。光速不变原理:在彼此相对作匀速直线运动的任一惯性参考系中,所测得的光在真空中的传播速度都是相等的。
1964年到1966年,欧洲核子中心(CERN)在质子同步加速器中作了有关光速的精密实验测量,直接验证了光速不变原理。实验结果是,在同步加速器中产生的一种介子(写法是派的0次方)以0.99975c的高速飞行,它在飞行中发生衰变,辐射出能量为6000000000eV的光子,测得光子的实验室速度仍是c。
三、狭义相对论时空观
狭义相对论为人们提出了一个不同于经典力学的时空观。按照经典力学,相对于一个惯性系来说,在不同的地点、同时发生的两个事件,相对于另一个与之作相对运动的惯性系来说,也是同时发生的。但相对论指出,同时性问题是相对的,不是绝对的。在某个惯性系中在不同地点同时发生的两个事件,到了另一个惯性系中,就不一定是同时的了。经典力学认为时空的量度不因惯性系的选择而变,也就是说,时空的量度是绝对的。相对论认为时空的量度也是相对的,不是绝对的,它们将因惯性系的选择而有所不同。所有这一切都是狭义相对论时空观的具体反映。
同时的相对性
现举一个假想实验,一列匀速运动的火车,车头和车尾分别装有两个标记A1、B1当他们分别与地面上的两个标记A、B重合时,各自发出一个闪光。在A、B的中点C和A1、B1的中点C1,各装一个接受器,C点将同时接收到两端的信号,而信号传递需要时间,在这段时间内火车向前运动了,所以C1先收到车头的信号,后收到车尾的信号。也就是说,不同的参照系没有认为两个事件都是同时发生的。“同时”有相对性。
四、洛伦兹坐标变换
洛伦兹公式是洛伦兹为弥补经典理论中所暴露的缺陷而建立起来的。洛伦兹是一位理论物理学家,是经典电子论的创始人。
坐标系K1(O1,X1,Y1,Z1)以速度V相对于坐标系K(O,X,Y,Z)作匀速直线运动;三对坐标分别平行,V沿X轴正方向,并设X轴与X1轴重合,且当T1=T=0时原点O1与O重合。设P为被“观察”的某一事件,在K系中观察者“看”来。它是在T时刻发生在(X,Y,Z)处的,而在K1系中的观察者看来,它是在T1时刻发生在(X1,Y1,Z1)处的。这样的两个坐标系间的变换,我们叫洛伦兹坐标变换。
在推导洛伦兹变换之前,作为一条公设,我们必须假设时间和空间都是均匀的,因此它们之间的变换关系必须是线性关系。如果方程式不是线性的,那么,对两个特定事件的空间间隔与时间间隔的测量结果就会与该间隔在坐标系中的位置与时间发生关系,从而破坏了时空的均匀性。例如,设X1与X的平方有关,即X1=AX^2,于是两个K1系中的距离和它们在K系中的坐标之间的关系将由X1a-X1b=A(Xa^2-Xb^2)表示。现在我们设K系中有一单位长度的棒,其端点落在Xa=2m和Xb=1m处,则X1a-X1b=3Am。这同一根棒,其端点在Xa=5m和Xb=4m处,则我们得到X1a-X1b=9Am。这样,对同一根棒的测量结果将随棒在空间的位置的不同而不同。为了不使我们的时空坐标系原点的选择与其他点相比较有某种物理上的特殊性,变换式必须是线性的。
先写出伽利略变换:X=X1+VT1; X1=X-VT
增加系数k,X=k(X1+VT1); X1=k1(X-VT)
根据狭义相对论的相对性原理,K和K1是等价的,上面两个等式的形式就应该相同(除正负号外),所以两式中的比例常数k和k1应该相等,即有k=k1。
这样, X1=k(X-VT)
为了获得确定的变换法则,必须求出常数k,根据光速不变原理,假设光信号在O与O1重合时(T=T1=0)就由重合点沿OX轴前进,那么任一瞬时T(由坐标系K1量度则是T1),光信号到达点的坐标对两个坐标系来说,分别是 X=CT; X1=CT1
XX1=k^2 (X-VT)(X1+VT1)
C^2 TT1=k^2 TT1(C-V)(C+V)
由此得
k= 1/ (1-V^2/C^2)^(1/2)
于是
T1=(T-VX/C^2) / (1-V^2/C^2)^(1/2)
T= (T1+VX/C^2)/ (1-V^2/C^2)^(1/2)
爱因斯坦假设:
1.物理体系的状态据以变化的定律,同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是用两个在互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系。
2.任何光线在“静止的”坐标系中都是以确定的速度c运动着,不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。”
❺ 试论述爱因斯坦的科学成就及其历史地位
爱因斯坦是犹太裔物理学家。他于1879年出生于德国乌尔姆市的一个犹太专人家庭(父母属均为犹太人),1900年毕业于苏黎世联邦理工学院,入瑞士国籍。1905年,获苏黎世大学哲学博士学位,爱因斯坦提出光子假设,成功解释了光电效应,因此获得1921年诺贝尔物理奖,同年,创立狭义相对论。1915年创立广义相对论。
爱因斯坦为核能开发奠定了理论基础,在现代科学技术和他的深刻影响下与广泛应用等方面开创了现代科学新纪元,被公认为是继伽利略、牛顿以来最伟大的物理学家。1999年12月26日,爱因斯坦被美国《时代周刊》评选为“世纪伟人”。
❻ 1905年爱因斯坦的学说理论有哪些意义
1905年,这一年,他发表的5篇科学论文,为他崭新的世界观奠定了基础。
1905年,在阐回述狭义相对论的文章即将发表时,答爱因斯坦完成了贡献给分子运动的古典理论的一系列工作。他在《物理学杂志》上发表的总结性文章,回答了显微镜下观察到的悬浮在液体中的微小物体的运动——所谓布朗运动的性质问题。
❼ 爱因斯坦相对论的重要意义有哪些
使经典物理学成为一个完美的科学体系,建立了局域惯性长与普遍参照系数之间的关系。
❽ 爱因斯坦的贡献有何历史作用
爱因斯坦1879年出生于德国乌尔姆市的一个犹太人家庭(父母均为犹太人),1900年毕内业于苏黎世联邦理工容学院,入瑞士国籍。1905年,获苏黎世大学哲学博士学位,爱因斯坦提出光子假设,成功解释了光电效应,因此获得1921年诺贝尔物理奖,创立狭义相对论。1915年创立广义相对论。爱因斯坦为核能开发奠定了理论基础,开创了现代科学技术新纪元,被公认为是继伽利略、牛顿以来最伟大的物理学家。1999年12月26日,爱因斯坦被美国《时代周刊》评选为“世纪伟人”。——常识人物篇。
❾ 爱因斯坦相对论对于我们人类的意义
相对论的意义
狭义相对论和广义相对论建立以来,已经过去了很长时间,它经受住了实践和历史的考验,是人们普遍承认的真理。相对论对于现代物理学的发展和现代人类思相的发展都有巨大的影响。相对论从逻辑思想上统一了经典物理学,使经典物理学成为一个完美的科学体系。狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系,指出它们都服从狭义相对性原理,都是对洛伦兹变换协变的,牛顿力学只不过是物体在低速运动下很好的近似规律。广义相对论又在广义协变的基础上,通过等效原理,建立了局域惯性长与普遍参照系数之间的关系,得到了所有物理规律的广义协变形式,并建立了广义协变的引力理论,而牛顿引力理论只是它的一级近似。这就从根本上解决了以前物理学只限于惯性系数的问题,从逻辑上得到了合理的安排。相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念,给出了科学而系统的时空观和物质观,从而使物理学在逻辑上成为完美的科学体系。
狭义相对论给出了物体在高速运动下的运动规律,并提示了质量与能量相当,给出了质能关系式。这两项成果对低速运动的宏观物体并不明显,但在研究微观粒子时却显示了极端的重要性。因为微观粒子的运动速度一般都比较快,有的接近甚至达到光速,所以粒子的物理学离不开相对论。质能关系式不仅为量子理论的建立和发展创造了必要的条件,而且为原子核物理学的发展和应用提供了根据。
广义相对论建立了完善的引力理论,而引力理论主要涉及的是天体。到现在,相对论宇宙学进一步发展,而引力波物理、致密天体物理和黑洞物理这些属于相对论天体物理学的分支学科都有一定的进展,吸引了许多科学家进行研究。
一位法国物理学家曾经这样评价爱因斯坦:“在我们这一时代的物理学家中,爱因斯坦将位于最前列。他现在是、将来也还是人类宇宙中最有光辉的巨星之一”,“按照我的看法,他也许比牛顿更伟大,因为他对于科学的贡献,更加深入地进入了人类思想基本要领的结构中。”
本文摘自《百年科学发现》
❿ 材料二中所说的爱因斯坦的深奥的理论有哪些这些理论有什么重大的历史意义
相对论是关于时空和引力的基本理论,主要由阿尔伯特·爱因斯坦创立,内依据研究的对象不容同分为狭义相对论和广义相对论。相对论的基本假设是相对性原理,即物理定律与参照系的选择无关。狭义相对论和广义相对的区别是,前者讨论的是匀速直线运动的参照系(惯性参照系)之间的物理定律,后者则推广到具有加速度的参照系中(非惯性系),并在等效原理的假设下,广泛应用于引力场中。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。