爱因斯坦相对论狭义相对论和广义相对论是指什么?
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/12/29 12:53:39
爱因斯坦相对论狭义相对论和广义相对论是指什么?
爱因斯坦相对论
狭义相对论和广义相对论是指什么?
爱因斯坦相对论狭义相对论和广义相对论是指什么?
提起狭义相对论,很多人马上就想到钟表慢走和尺子缩短现象.许多科学幻想作品用它作题材,描写一个人坐火箭遨游太空回来以后,发现自己还很年轻,而孙子已经变成了老头.其实,钟表慢走和尺子缩短只是狭义相对论的几个结论之一,它是指物体高速运动的时候,运动物体上的时钟变慢了,尺子变短了.钟表慢走和尺子缩短现象就是时间和空间随物质运动而变化的结果.狭义相对论还有一个质量随运动速度而增加的结论.实验中发现,高速运动的电子的质量比静止的电子的质量大.
狭义相对论最重要的结论是使质量守恒失去了独立性.它和能量守恒原理融合在一起,质量和能量可以互相转化.如果物质质量是M,光速是C,它所含有的能量是E,那么E=MC^2.这个公式只说明质量是M的物体所蕴藏的全部能量,并不等于都可以释放出来,在核反应中消失的质量就按这个公式转化成能量释放出来.按这个公式,1克质量相当于9X10^3焦耳的能量.这个质能转化和守恒原理就是利用原子能的理论基础.
在狭义相对论中,虽然出现了用牛顿力学观点完全不能理解的结论：空间和时间随物质运动而变化,质量随运动而变化,质量和能量的相互转化,但是狭义相对论并不是完全和牛顿力学割裂的,当运动速度远低于光速的时候,狭义相对论的结论和牛顿力学就不会有什么区别.
爱因斯坦提出“等效原理”,即引力和惯性力是等效的.这一原理建立在引力质量与惯性质量的等价性上.根据等效原理,爱因斯坦把狭义相对性原理推广为广义相对性原理,即物理定律的形式在一切参考系都是不变的.物体的运动方程即该参考系中的测地线方程.测地线方程与物体自身固有性质无关,只取决于时空局域几何性质.而引力正是时空局域几何性质的表现.物质质量的存在会造成时空的弯曲,在弯曲的时空中,物体仍然顺着最短距离进行运动(即沿着测地线运动——在欧氏空间中即是直线运动),如地球在太阳造成的弯曲时空中的测地线运动,实际是绕着太阳转,造成引力作用效应.正如在弯曲的地球表面上,如果以直线运动,实际是绕着地球表面的大圆走.
虽然广义相对论是爱因斯坦创立的,但是它的数学基础的源头可以追溯到欧氏几何的公理和数个世纪以来为证明欧几里德第五公设（即平行线永远保持等距）所做的努力,这方面的努力在罗巴切夫斯基、Bolyai、高斯的工作中到达了顶点：他们指出欧氏第五公设是不能用前四条公设证明的.非欧几何的一般数学理论是由高斯的学生黎曼发展出来的.所以也称为黎曼几何或曲面几何,在爱因斯坦发展出广义相对论之前,人们都认为非欧几何是无法应用到真实世界中来的.
广义相对性原理（广义协变性原理）：任何物理规律都应该用与参考系无关的物理量表示出来。用几何语言描述即为，任何在物理规律中出现的时空量都应当为该时空的度规或者由其导出的物理量。
狭义相对性原理（狭义协变性原理）：一切的惯性参考系都是平权的，即物理规律的形式在任何的惯性参考系中是相同的。这意味着物理规律对于一位静止在实验室里的观察者和一个相对于实验室高速匀速运动着的电子是相同的。...
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广义相对性原理（广义协变性原理）：任何物理规律都应该用与参考系无关的物理量表示出来。用几何语言描述即为，任何在物理规律中出现的时空量都应当为该时空的度规或者由其导出的物理量。
狭义相对性原理（狭义协变性原理）：一切的惯性参考系都是平权的，即物理规律的形式在任何的惯性参考系中是相同的。这意味着物理规律对于一位静止在实验室里的观察者和一个相对于实验室高速匀速运动着的电子是相同的。
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