《人文物理》课程教学课件（讲稿）第6讲 相对论——时空观的革命

第六讲相对论一时空观的革命精品资源共享课：《人文物理》

精品资源共享课：《人文物理》 第六讲 相对论——时空观的革命

一）相对论提出的历史背景19世纪末物理天空中的两朵乌云迈克尔逊热辐射实验莫雷实验后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一场物理学革命的风暴，乌云落地化为一場春雨，浇灌着两朵鲜花。量子力学相对论精品资源共享课：《人文物理》

精品资源共享课：《人文物理》 (一)相对论提出的历史背景 19世纪末物理天空中的两朵乌云 热辐射实验 迈克尔逊- 莫雷实验 后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸物理学革 命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。 量子力学 相对论

大自然及其法则在黑暗中隐藏。上帝说：“派牛顿去吧”！于是一切豁然开朗。但这并不长久。魔鬼大喊一声：“派爱因斯坦去”！于是一切恢复原样。精品资源共享课：《人文物理》

精品资源共享课：《人文物理》 大自然及其法则在黑暗中隐藏。 上帝说：“派牛顿去吧”！ 于是一切豁然开朗。 但这并不长久。 魔鬼大喊一声：“派爱因斯坦去”！ 于是一切恢复原样

“牛顿啊，请原谅我，你所发现的道路，在你所在的那个时代，是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路。你所创造的概念，甚至今天仍然指导着我们的物理思想，虽然我们现在知道，如果要更加深入地了解各种联系，那就必须用另外一些离直接经验领域较远的概念来代替这些概念。”爱因斯坦在纪念牛顿诞生300周年纪念会上的讲话精品资源共享课：《人文物理》

精品资源共享课：《人文物理》 “牛顿啊，请原谅我，你所发现的道路，在 你所在的那个时代，是一位具有最高思维能力和 创造力的人所能发现的唯一道路。你所创造的概 念，甚至今天仍然指导着我们的物理思想，虽然 我们现在知道，如果要更加深入地了解各种联系 ，那就必须用另外一些离直接经验领域较远的概 念来代替这些概念。” ——爱因斯坦在纪念牛顿诞生300周年 纪念会上的讲话

经典绝对时空观力学讨论的是物体位置随时间的改变，所以牛顿认为首先要对时空性质有所约定。在牛顿之前，时间和空间都是与具体事物的运动联系在一起的，时间是用日月星辰的运动和水漏、沙漏来定义的，空间是用能热胀冷缩的杆来测量的。伽利略引入了相对运动的概念，但没引入绝对时空概念。精品资源共享课：《人文物理》

精品资源共享课：《人文物理》 一、经典绝对时空观 力学讨论的是物体位置随时间的改变， 所以牛顿认为首先要对时空性质有所约定。 在牛顿之前，时间和空间都是与具体事物的 运动联系在一起的，时间是用日月星辰的运 动和水漏、沙漏来定义的，空间是用能热胀 冷缩的杆来测量的。伽利略引入了相对运动 的概念，但没引入绝对时空概念

牛顿的伟大之处在于他引入了抽象的绝对时空绝对空间是均匀的、无限的和各向同性的：时间是均匀的、无限的，而且时间和空间是相互独立的。牛顿时空观深入人心，尽管后来遭到质疑和批评但这丝毫不影响牛顿的伟大功绩。沙标准时三日星时+修正佳漏日冕精品资源共享课：《人文物理》

精品资源共享课：《人文物理》 牛顿的伟大之处在于他引入了抽象的绝对时空： 绝对空间是均匀的、无限的和各向同性的；时间是 均匀的、无限的，而且时间和空间是相互独立的。 牛顿时空观深入人心，尽管后来遭到质疑和批评， 但这丝毫不影响牛顿的伟大功绩。 日 冕 沙 漏

二、相对论时空观20世纪最伟大的物理学家于1905年和1915年先后创立了狭义相对论和广义相对论，他于1905年提出了光量子假设，为此他于1921年获得诺贝尔物理学奖，他还在量子理论方面具有很多的重要的贡献自然爱因斯坦的哲学观念：界应当是和谐而简单的理论特色：出于简单而归于深奥.精品资源共享课：《人文物理》

精品资源共享课：《人文物理》 二、相对论时空观 爱因斯坦的哲学观念：自然 界应当是和谐而简单的. 理论特色：出于简单而归于 深奥. 20世纪最伟大的物理学家, 于1905年和1915年先后创立了狭义 相对论和广义相对论,他于1905年 提出了光量子假设,为此他于1921 年获得诺贝尔物理学奖,他还在量 子理论方面具有很多的重要的贡献

最明亮的一颗星普朗克卢瑟福M德布罗意金斯朗之万1911年10月30日第洛伦兹维恩、居里夫人、庞加莱一次索尔维会议北京祥：《人文物理》

精品资源共享课：《人文物理》 洛伦兹 维恩、居里夫人、庞加莱 普朗克 卢瑟福 朗之万 M德布罗意 1911年10月30日第 一次索尔维会议 金斯 最 明 亮 的 一 颗 星

(1）相对性原理物理学定律在所有的惯性系中都具有相同的表达形式，不存在一种特殊的惯性系。相对性原理是自然界的普遍规律所有的惯性参考系都是等价的·(2)光速不变原理真空中的光速是常量，它与光源或观察者的运动无关，不依赖于惯性系的选择。即在所有惯性系内，自由空间中光的速率具有相同的值c关键概念：相对性和不变性·精品资源共享课：《人文物理》

精品资源共享课：《人文物理》 (1) 相对性原理 物理学定律在所有的惯性系中都具有相同的表 达形式，不存在一种特殊的惯性系。 真空中的光速是常量，它与光源或观察者的运 动无关，不依赖于惯性系的选择。即在所有惯性系 内，自由空间中光的速率具有相同的值c. 关键概念：相对性和不变性 . 相对性原理是自然界的普遍规律. 所有的惯性参考系都是等价的 . (2) 光速不变原理