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狭义相对论的内容

发布时间:2021-06-08 14:21来源:奇趣网编辑:QiQu阅读: 当前位置:奇趣网 > 科学探索 > 手机阅读

爱因斯坦在他1905年的论文《论动体的电动力学》中介绍了其狭义相对论

狭义相对论的内容

狭义相对论建立在如下的两个基本公设上:

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。

光速不变原理:真空中的光速在任何参考系下是恒定不变的,这用几何语言可以表述为光子在时空中的世界线总是类光的。也正是由于光子有这样的实验性质,在国际单位制中使用了“光在真空中1/299,792,458秒内所走过的距离”来定义长度单位“米”(米)。光速不变原理是宇宙时空对称性的体现,而中微子的超光速现象可能只是时空对称性的对称破缺而决不能推翻相对论(已证实该实验有误)。

在狭义相对论提出以前,人们认为时间和空间是各自独立的绝对的存在,自伽利略时代以来这种绝对时空的观念就开始建立,牛顿创立的牛顿经典力学和经典运动学就是在绝对时空观的基础上创立。而爱因斯坦的相对论在牛顿经典力学、麦克斯韦经典电磁学等的基础上首次提出了“四维时空”的概念,它认为时间和空间各自都不是绝对的,而绝对的是一个它们的整体——时空,在时空中运动的观者可以建立“自己的”参照系,可以定义“自己的”时间和空间(即对四维时空做“3+1分解”),而不同的观者所定义的时间和空间可以是不同的。

具体的来说,在闵氏时空中:如果一个惯性观者(G)相对于另一个惯性观者(G')在做匀速运动,则他们所定义的时间(t与t')和空间({x,y,z}与{x',y',z'})之间满足洛伦兹变换。而在这一变换关系下就可以推导出“尺缩”、“钟慢”等效应,具体见狭义相对论条目。因为爱因斯坦之前的科学家们并没有高速运动的观测和体验,所以绝对时空观在古代科技水平下无疑是真理,而爱因斯坦的狭义相对论更新了人们的世界观,为广义相对论的诞生奠定了坚实的基础。

在爱因斯坦以前,人们广泛的关注于麦克斯韦方程组在伽利略变换下不协变的问题,也有人(如庞加莱和洛伦兹)注意到爱因斯坦提出狭义相对论所基于的实验(如迈克尔孙-莫雷干涉仪实验等),也有人推导出过与爱因斯坦类似的数学表达式(如洛伦兹变换),但只有爱因斯坦将这些因素与经典物理的时空观结合起来提出了狭义相对论,并极大的改变了我们的时空观。在这一点上,狭义相对论是革命性的。

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