相对论时空观与牛顿力学的局限性

1.牛顿力学的成就

从地面上物体的运动到天体的运动，从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械，从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动，从投出篮球到发射导弹、人造地球卫星、宇宙飞船……所有这些都服从牛顿力学的规律。

2.牛顿力学的局限性

(1)牛顿力学不适用于高速运动。

(2)物理学研究深入到微观世界，发现了电子、质子、中子等微观粒子，而且发现它们不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明。

3.牛顿力学的适用范围

相对论时空观

1.电磁波与光速：英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在，并证明电磁波的传播速度等于光速。1887年迈克耳孙——莫雷实验表明：在不同的参考系中，光的传播速度都是一样的。

2.爱因斯坦假设

(1)在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的。

(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。

3.时间延缓效应：如果相对于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt，那么两者之间的关系是$Δt＝\frac{\Delta \tau}{\sqrt{1-({\frac{v}{c}})^2}}$，由于$ 1-({\frac{v}{c}})^2 < 1 $，所以总有Δt>Δτ，此种情况称为时间延缓效应。

4.长度收缩效应：如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是$ l＝l_0 \sqrt{1-({\frac{v}{c}})^2} $。由于 $ 1- ({\frac{v}{c}})^2 < 1$，所以总有$l < l_0$，此种情况称为长度收缩效应。

通过光速不变原理以及狭义相对论中的另一条原理——狭义相对性原理，我们可以用数学手段推出一个基本的时空关系，而这个时空关系就可以推出狭义相对论的一切我们熟知的结论，其中就包括钟慢尺缩。

简单来说，相对于一个观测者来说，运动着的物体，其内部时间流逝变慢，物体运动方向长度变短。