牛顿力学的局限性与相对论初步

牛顿力学的局限性与相对论初步的思维导图，牛顿力学只能适用于低速、微观及弱引力场，在高速、微观及强引力场下不在适用。

牛顿力学的局限性与相对论初步

• 牛顿力学的局限性
  • 牛顿力学只能适用于低速、微观及弱引力场，在高速、微观及强引力场下不在适用
  • 真空中的光速在任何参考系下都具有相同的数值，与参考系的相对速度无关
  • 微观粒子既有粒子性，又有波动性。牛顿力学不再适用于微观世界
  • 天体所产生的引力场强弱通常用一个数mG/Rc²来描写
    • 牛顿力学在描述行星等弱引力场天体运动方面取得很大的成功，牛顿力学对天体运动规律的解释，不仅预言了海王星的存在和哈雷彗星的回归，并且也将地球上物体的运动规律和天体的运动规律统一起来，达到了当时科学的高峰
    • 牛顿力学无法正确描述中子星、黑洞等强引力场天体的运动，也不能描述宇宙的演化规律，即牛顿力学在强引力场情况下也不再适用
• 相对论初步
  • 狭义相对论
    • 基本原理
      • 相对性原理：物理规律包括电磁规律，在所有惯性系中都具有相同的形式
      • 光速不变原理：真空中的光速在所有惯性系中都是相同的，与光源和观测者的速度无关
    • 推论
      • 同时的相对性：在一个参考系中同时发生的事件，在另一个参考系中不在同时
        • 钟慢效应（狭义相对论的时间膨胀）：在惯性系中，运动的钟比静止的钟走得慢，这体现了时间的相对性
        • 尺缩效应（狭义相对论的长度收缩）：物体沿运动方向的长度会缩短，这就是长度的相对性。
      • 质能关系：E=mc²
  • 广义相对论
    • 基本原理
      • 等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价
      • 广义相对性原理：物理规律在任何参考系中都具有相同的形式
    • 推论
      • 水星近日点进动
      • 引力红移：引力场发出的光被远处的观测者接受时波长会变长
      • 引力波：根据广义相对论，质量的分布导致时空的弯曲，而质量的分布尤其是大质量分布的变化将导致时空曲率的变化，这种变化即所谓时空涟漪会以波的形式以光速向外传播，这就是引力波
      • 光线偏折
• 宇宙的起源与演化
  • 哈勃定律：星系的推行速度与距离成正比
  • 大爆炸宇宙论：我们的宇宙起源于约138亿年前的大爆炸
  • 恒星的演化
    • 小质量恒星
      • 先演变为红巨星，再形成行星状星云，最后变成白矮星
    • 大质量恒星
      • 先演变为红超巨星，后发生超新星爆发，最后变成中子星或黑洞

牛顿力学的局限性与相对论初步

• 牛顿力学的局限性
  • 牛顿力学只能适用于低速、微观及弱引力场，在高速、微观及强引力场下不在适用
  • 真空中的光速在任何参考系下都具有相同的数值，与参考系的相对速度无关
  • 微观粒子既有粒子性，又有波动性。牛顿力学不再适用于微观世界
  • 天体所产生的引力场强弱通常用一个数mG/Rc²来描写
    • 牛顿力学在描述行星等弱引力场天体运动方面取得很大的成功，牛顿力学对天体运动规律的解释，不仅预言了海王星的存在和哈雷彗星的回归，并且也将地球上物体的运动规律和天体的运动规律统一起来，达到了当时科学的高峰
    • 牛顿力学无法正确描述中子星、黑洞等强引力场天体的运动，也不能描述宇宙的演化规律，即牛顿力学在强引力场情况下也不再适用
• 相对论初步
  • 狭义相对论
    • 基本原理
      • 相对性原理：物理规律包括电磁规律，在所有惯性系中都具有相同的形式
      • 光速不变原理：真空中的光速在所有惯性系中都是相同的，与光源和观测者的速度无关
    • 推论
      • 同时的相对性：在一个参考系中同时发生的事件，在另一个参考系中不在同时
        • 钟慢效应（狭义相对论的时间膨胀）：在惯性系中，运动的钟比静止的钟走得慢，这体现了时间的相对性
        • 尺缩效应（狭义相对论的长度收缩）：物体沿运动方向的长度会缩短，这就是长度的相对性。
      • 质能关系：E=mc²
  • 广义相对论
    • 基本原理
      • 等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价
      • 广义相对性原理：物理规律在任何参考系中都具有相同的形式
    • 推论
      • 水星近日点进动
      • 引力红移：引力场发出的光被远处的观测者接受时波长会变长
      • 引力波：根据广义相对论，质量的分布导致时空的弯曲，而质量的分布尤其是大质量分布的变化将导致时空曲率的变化，这种变化即所谓时空涟漪会以波的形式以光速向外传播，这就是引力波
      • 光线偏折
• 宇宙的起源与演化
  • 哈勃定律：星系的推行速度与距离成正比
  • 大爆炸宇宙论：我们的宇宙起源于约138亿年前的大爆炸
  • 恒星的演化
    • 小质量恒星
      • 先演变为红巨星，再形成行星状星云，最后变成白矮星
    • 大质量恒星
      • 先演变为红超巨星，后发生超新星爆发，最后变成中子星或黑洞