爱因斯坦的相对论的内容及其意义,爱因斯坦相对论的重要意义

2020-11-23 05:04:36 字数 5094 阅读 3520

1楼:百度用户

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。

爱因斯坦相对论的重要意义

2楼:匿名用户

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。

3楼:新之我

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**。。

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**可以把质量变成能量????

所以原子弹这种**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**,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