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相对论
相对论 关于物质运动、时间、空间之间关系的理论。现代物理学的理论基础之一。20世纪初由爱因斯坦等创立。分为两部分:(1)狭义相对论(1905年建立)。基本原理是:1.相对性原理,即在任何惯性参考系中,自然规律都相同。2.光速不变原理,即在任何惯性系中,真空中光速c都相同。由此得出时间和空间各量从一个惯性系变换到另一惯性系时,应该满足洛伦兹变换,而不是满足伽利略变换,并可由此导出如下重要结论:(i)两事件发生的先后或是否“同时”,在不同参考系看来是不同的(但因果律仍成立);(ii)量度物体长度时,将测到运动物体在其运动方向上的长度要比静止时缩短。与此相似,量度时间进程时,将看到运动的时钟要比静止的时钟行进得慢;(iii)物体质量m随速度v的增加而变大,其关系为 式中m0 为静止质量;(iv)任何物体的速度不能超过光速c;(v)物体的质量m与能量E之间满足质能关系式E=mc2 。以上结论与大量实验事实符合,但只有在高速运动时,效应才显著。在一般情况下,相对论效应极其微小,因此牛顿力学可认为是相对论力学在低速情况下的近似。(2)广义相对论(1916年建立)。基本原理是:1.广义相对性原理,即自然定律在任何参考系中都具有相同的数学形式。2.等效原理,即在一个小体积范围内的引力和某一加速系统中的惯性力相互等效。按照上述原理,引力的产生是由于物质的存在和一定的分布状况使时间空间性质变得不均匀(所谓时空弯曲)所致;并由此建立了引力场理论;而狭义相对论则是广义相对论在引力场很弱时的特殊情况。从广义相对论可以导出一些重要结论,如水星近日点的进动;光线在引力场中发生弯曲;较强的引力场中时钟较慢(或引力场中光谱线向红端移动)等。相对论突破了牛顿力学的绝对时空观,揭示了时间与空间的统一性,时空与物质运动的统一性,物质的质量与能量的联系,证明了时间与空间是物质的存在方式,时间和空间的特性取决于物质的存在方式。
相对论 现代物理学的理论基础之一。关于物质运动与时间空间关系的理论。20世纪初由爱因斯坦等在总结实验事实(如迈克耳孙-莫雷实验)的基础上建立和发展起来。在这以前,人们根据经典时空观(集中表现为伽利略变换)解释光的传播等问题时,发生一系列尖锐的矛盾。相对论针对这些问题,建立了物理学中新的时空观和(可与光速比拟的)高速物体的运动规律,成为20世纪以后物理学的理论基础。相对论分为两部分:(1)狭义相对论(1905年建立)。基本假设是:1.相对性原理,即在任何惯性参考系中,自然规律都相同。2.光速不变原理,即在任何惯性系中,真空中光速c都相同。由此得出时间和空间各量从一个惯性系变换到另一惯性系时,应该满足洛伦兹变换,而不是满足伽利略变换,并可由此导出许多重要结论,例如:(i)两事件发生的先后或是否“同时”,在不同参考系看来是不同的(但因果律仍成立)。(ii)量度物体长度时,将测到运动物体在其运动方向上的长度要比静止时缩短。与此相似,量度时间进程时,将看到运动的时钟要比静止的时钟行进得慢。(iii)物体质量m随速度v的增加而变大,其关系为
式中m0 为静止质量。(iv)任何物体的速度不能超过光速c。(v)物体的质量m与能量E之间满足质能关系式E=mc2 。以上结论与大量实验事实符合,但只有在高速运动时,效应才显著。牛顿力学是相对论力学在低速情况下的近似。(2)广义相对论(1916年建立)。基本假设是:1.广义相对性原理,即自然定律在任何参考系中都具有相同的数学形式。2.等效原理,即在一个小体积范围内的万有引力和某一加速系统中的惯性力相互等效。按照上述原理,万有引力的产生是由于物质的存在和一定的分布状况使时间空间性质变得不均匀(所谓时空弯曲)所致;并由此建立了引力场理论;而狭义相对论则是广义相对论在引力场很弱时的特殊情况。从广义相对论可以导出一些重要结论,如水星近日点的旋进规律;光线在引力场中发生弯曲;较强的引力场中时钟较慢(或引力场中光谱线向红端移动)等。这些结论和后来的观测结果基本上相符合。特别是,通过测量雷达波在太阳引力场中往返传播在时间上的延迟,以更高的精密度证实了广义相对论的结论。随着天体物理学的发展,广义相对论逐步显示出它在理论上的重要性。
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