相对论是什么意思

相对论是什么意思,第1张

相对论(英语:Theory of relativity)是关于时空和引力的理论,主要由爱因斯坦创立,依其研究对象的不同可分为狭义相对论和广义相对论。相对论和量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化,它们共同奠定了现代物理学的基础。相对论极大的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。不过近年来,人们对于物理理论的分类有了一种新的认识——以其理论是否是决定论的来划分经典与非经典的物理学,即“非经典的=量子的”。在这个意义下,相对论仍然是一种经典的理论。

狭义与广义相对论的分别

传统上,在爱因斯坦刚刚提出相对论的初期,人们以所讨论的问题是否涉及非惯性参考系来作为狭义与广义相对论分类的标志。随着相对论理论的发展,这种分类方法越来越显出其缺点——参考系是跟观察者有关的,以这样一个相对的物理对象来划分物理理论,被认为不能反映问题的本质。目前一般认为,狭义与广义相对论的区别在于所讨论的问题是否涉及引力(弯曲时空),即狭义相对论只涉及那些没有引力作用或者引力作用可以忽略的问题,而广义相对论则是讨论有引力作用时的物理学。用相对论的语言来说,就是狭义相对论的背景时空是平直的,即四维平凡流型配以闵氏度规,其曲率张量为零,又称闵氏时空;而广义相对论的背景时空则是弯曲的,其曲率张量不为零。

相对论的应用

相对论主要在两个方面有用:一是高速运动(与光速可比拟的高速),一是强引力场。

在医院的放射治疗部,多数设有一台粒子加速,产生高能粒子来制造同位素,作治疗或造影之用。氟代脱氧葡萄糖的合成便是一个经典例子。由于粒子运动的速度相当接近光速(0.9c-0.9999c),故粒子加速的设计和使用必须考虑相对论效应。

全球卫星定位系统的卫星上的原子钟,对精确定位非常重要。这些时钟同时受狭义相对论因高速运动而导致的时间变慢(-7.2 μs/日),和广义相对论因较(地面物件)承受着较弱的重力场而导致时间变快效应(+45.9 μs/日)影响。相对论的净效应是那些时钟较地面的时钟运行的为快。故此,这些卫星的软件需要计算和抵消一切的相对论效应,确保定位准确。

全球卫星定位系统的算法本身便是基于光速不变原理的,若光速不变原理不成立,则全球卫星定位系统则需要更换为不同的算法方能精确定位。

过渡金属如铂的内层电子,运行速度极快,相对论效应不可忽略。在设计或研究新型的催化剂时,便需要考虑相对论对电子轨态能级的影响。同理,相对论亦可解释铅的6s惰性电子对效应。这个效应可以解释为何某些化学电池有着较高的能量密度,为设计更轻巧的电池提供理论根据。相对论也可以解释为何水银在常温下是液体,而其他金属却不是。

由广义相对论推导出来的重力透镜效应,让天文学家可以观察到黑洞和不发射电磁波的暗物质,和评估质量在太空的分布状况。

值得一提的是,原子d的出现和著名的质能关系式(E=mc2)关系不大,而爱因斯坦本人也肯定了这一点。质能关系式只是解释原子d威力的数学工具而已,对实作原子d意义不大。

相对论释义:

研究时间和空间相对关系的物理学说。分为狭义相对论和广义相对论。前者认为物体的运动是相对的,光速不因光源的运动而改变,物体的质量与能量的关系为E=mc2(E代表能量,m代表质量,c代表光速)。

后者认为物质的运动是物质引力场派生的,光在引力场中传播因受引力场的影响而改变方向。相对论是爱因斯坦提出的。这个理论修正了从牛顿以来对空间、时间、引力三者互相割裂的看法以及运动规律永恒不变的看法,从而奠定了现代物理学的基础。

扩展资料:

广义相对论包括如下几条基本假设:

1、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。

2、爱因斯坦场方程(详见广义相对论条目):它具体表达了时空中的物质(能动张量)对于时空几何(曲率张量的函数)的影响,其中对应能动张量的要求(其梯度为零)则包含了上面关于在其中做惯性运动的物体的运动方程的内容。

在本质上,所有的物理学问题都涉及采用哪个时空观的问题。在二十世纪以前的经典物理学里,人们采用的是牛顿的绝对时空观。而相对论的提出改变了这种时空观,这就导致人们必须依相对论的要求对经典物理学的公式进行改写,以使其具有相对论所要求的洛伦兹协变性而不是以往的伽利略协变性。

在经典理论物理的三大领域中,电动力学本身就是洛伦兹协变的,无需改写;统计力学有一定的特殊性,但这一特殊性并不带来很多急需解决的原则上的困难;而经典力学的大部分都可以成功的改写为相对论形式,以使其可以用来更好的描述高速运动下的物体。

但是唯独牛顿的引力理论无法在狭义相对论的框架体系下改写,这直接导致爱因斯坦扩展其狭义相对论,而得到了广义相对论。


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