解释狭义相对论的基本原理

解释狭义相对论的基本原理
解释狭义相对论的基本原理

解释狭义相对论的基本原理
爱因斯坦狭义相对论
相对论是20世纪物理学史上最重大的成就之一,它包括狭义相对论和广义相对论两个部分,狭义相对论变革了从牛顿以来形成的时空概念,提示了时间与空间的统一性和相对性,建立了新的时空观.广义相对论把相对原理推广到非惯性参照系和弯曲空间,从而建立了新的引力理论.在相对论的建立过程中,爱因斯坦起了主要的作用.爱因斯坦是美籍德国物理学家.1914年任德国威廉皇帝物理研究所所长和普鲁士科学院院士,1933年因遭纳粹政权迫害迁往美国,任普林斯顿高等研究院主任.1905年,在他26岁时,法文科学杂志《物理年鉴》刊登了他的一篇论文《论运动物体的电动力学》,这篇论文是关于相对论的第一篇论文,它相当全面地论述了狭义相对论,解决了从19世纪中期开始,许多物理学家都未能解决的有关电动力学以及力学和电动力学结合的问题.提起狭义相对论,很多人马上就想到钟表慢走和尺子缩短现象.许多科学幻想作品用它作题材,描写一个人坐火箭遨游太空回来以后,发现自己还很年轻,而孙子已经变成了老头.其实,钟表慢走和尺子缩短只是狭义相对论的几个结论之一,它是指物体高速运动的时候,运动物体上的时钟变慢了,尺子变短了.钟表慢走和尺子缩短现象就是时间和空间随物质运动而变化的结果.狭义相对论还有一个质量随运动速度而增加的结论.实验中发现,高速运动的电子的质量比静止的电子的质量大.狭义相对论最重要的结论是使质量守恒失去了独立性.它和能量守恒原理融合在一起,质量和能量可以互相转化.如果物质质量是M,光速是C,它所含有的能量是E,那么E=MC^2.这个公式只说明质量是M的物体所蕴藏的全部能量,并不等于都可以释放出来,在核反应中消失的质量就按这个公式转化成能量释放出来.按这个公式,1克质量相当于9X10^3焦耳的能量.这个质能转化和守恒原理就是利用原子能的理论基础.在狭义相对论中,虽然出现了用牛顿力学观点完全不能理解的结论：空间和时间随物质运动而变化,质量随运动而变化,质量和能量的相互转化,但是狭义相对论并不是完全和牛顿力学割裂的,当运动速度远低于光速的时候,狭义相对论的结论和牛顿力学就不会有什么区别.几十年来的历史发展证明,狭义相对论大大推动了科学进程,成为现代物理学的基本理论之一.爱因斯坦于1922年12月有4日,在日本京都大学作的题为《我是怎样创立相对论的?》的演讲中,说明了他关于相对论想法的产生和发展过程.他说：“关于我是怎样建立相对论概念这个问题,不太好讲.我的思想曾受到那么多神秘而复杂的事物的启发,每种思想的影响,在生活幸福论概念的发展过程中的不同阶段都不一样……我第一次产生发展相对论的念头是在17年前,我说不准这个想法来自何处,但是我肯定,它包含在运动物体光学性质问题中,光通过以大海洋传播,地球在以太中运动,换句话说,即以太阳对地球运动.我试图在物理文献中寻找以太流动的明显的实验证据,蓝天是没有成功.随后,我想亲自证明以太相对地球的运动,或者说证明地球的运动.当我首次想到这个问题的时候,我不怀疑以太的存在或者地球通过以太的运动.”于是,他设想了一个使用两个热电偶进行的实验：设置一些反光镜,以使从单个光源发出的光在两个不同的方向被反射,一束光平行于地球的运动方向且同向,另一束光逆向而行.如果想象在两个反射光束间的能量差的话,就能用两个热电偶测出产生的热量差.虽然这个实验的想法与迈克尔逊实验非常相似,但是他没有得出结果.爱因斯坦说：他最初考虑这个问题时,正是学生时代,当时他已经知道了迈克尔逊实验的奇妙结果,他很快就得出结论：如果相信迈克尔逊的零结果,那么关于地球相对以太运动的想法就是错误的.他说道：“这是引导我走向狭义相对论的第一条途径.自那以后,我开始相信,虽然地球围绕太阳转动,但是,地球运动不可能通过任何光学实验探测太阳转动,但是,地球的运动不可能通过任何光学实验探测出来.” 爱因斯坦有机会读了洛伦兹在1895年发表的论文,他讨论并完满解决了u/c的高次项（u为运动物体的速度,c为光速）.然后爱因斯坦试图假定洛伦兹电子方程在真空参照系中有效,也应该在运动物体的参照系中有效,去讲座菲索实验.在那时,爱因斯坦坚信,麦克斯韦－洛伦兹的电动力学方程是正确的.进而这些议程在运动物体参照系中有效的假设导致了光速不变的概念.然而这与经典力学中速度相加原理相违背.为什么这两个概念互相矛盾.爱因斯坦为了解释它,花了差不多一年的时间试图去修改洛伦兹理论.一个偶然的机会.他在一个朋友的帮助下解决了这一问题.爱因斯坦去问他并交谈讨论了这个困难问题的各个方面,突然爱因斯坦找到了解决所有的困难的办法.他说：“我在五周时间里完成了狭义相对论原理.” 爱因斯坦的理论否定了以太概念,肯定了电磁场是一种独立的、物质存在的特殊形式,并对空间、时间的概念进行了深刻的分析,从而建立了新的时空关系.他1905年的论文被世界公认为第一篇关于相对论的论文,他则是第一位真正的相对论物理学家.

相对性原理：自然定律对一切惯性系不变
恒光速原理：真空光速对一切惯性系不变
用这两条基本原理建立一个体系，运用坐标变换，再在这个体系上得到结论。
记得不是很清楚，老师是这么讲的

复制没意思，听我的
狭义相对论是爱因斯坦根据光速在运动时速度守恒提出的（仅仅是可能，因为光速是否守恒还有待考证）
其中包括在速度越快时，时间变慢，长度变短，质量变大……
这个理论的著名推导就是E=mc^2
我正要推翻他，楼主可以给我加点分 (*^__^*) 嘻嘻……...

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复制没意思，听我的
狭义相对论是爱因斯坦根据光速在运动时速度守恒提出的（仅仅是可能，因为光速是否守恒还有待考证）
其中包括在速度越快时，时间变慢，长度变短，质量变大……
这个理论的著名推导就是E=mc^2
我正要推翻他，楼主可以给我加点分 (*^__^*) 嘻嘻……

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狭义相对论的基本原理有两个：
1.相对性原理
2.光速不变原理
相对性原理比较自然，所有惯性参照系（静止或匀速直线运动的参照系）中物理定律相同，因此都可以说是静止的。所以不同的惯性参照系中对同一个物体的速度是不同的。光速不变原理是所有惯性参照系中真空中的光速不变。这两个原理似乎是矛盾的。但仔细看看并不矛盾。光速不变原理是电磁理论中的定律，而相对性原理说所有惯性参照系中物理定...

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狭义相对论的基本原理有两个：
1.相对性原理
2.光速不变原理
相对性原理比较自然，所有惯性参照系（静止或匀速直线运动的参照系）中物理定律相同，因此都可以说是静止的。所以不同的惯性参照系中对同一个物体的速度是不同的。光速不变原理是所有惯性参照系中真空中的光速不变。这两个原理似乎是矛盾的。但仔细看看并不矛盾。光速不变原理是电磁理论中的定律，而相对性原理说所有惯性参照系中物理定律相同，所以光速也应该是不变的。狭义相对论就是系统地贯彻这两个原理而得到的。例如钟慢效应，尺缩效应等等。

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狭义相对论基本原理有两个：
1.光速不变原理。说的是你在真空中测量到的光速（这个光速是指光的最前端相对于“测量者以及测量设备这个参考系”的速度）与光源运动速度无关、与你的运动速度无关。
2.相对性原理。它是说在不同的惯性系中观察同一件事，所得出的发展过程和变化规律在描述上是一样的。
没有任何人敢保证这两条不矛盾。所以狭义相对论还隐含着第三条假设...

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狭义相对论基本原理有两个：
1.光速不变原理。说的是你在真空中测量到的光速（这个光速是指光的最前端相对于“测量者以及测量设备这个参考系”的速度）与光源运动速度无关、与你的运动速度无关。
2.相对性原理。它是说在不同的惯性系中观察同一件事，所得出的发展过程和变化规律在描述上是一样的。
没有任何人敢保证这两条不矛盾。所以狭义相对论还隐含着第三条假设：
3.第一个基本原理和第二个基本原理不矛盾。
在这三条假设（之所以叫“假设”，是因为没有试验证明“光速不变”在地球之外的各个角落都成立；“相对性原理”所依赖的“惯性系”无法定义，所以整个理论就如同没有跟的浮萍、如同建在沙滩上的楼阁）上进行演绎，得出了今天看到的狭义相对论。
值得一提的是，狭义相对论的结论和实验吻合的相当好，我们当然也可以这样理如同伽利略地面力学对地面物理出奇地成立一样，相对论是在地球上得出的理论，所以在地球上也出奇地成立。但是当我们把它运用到地球以外的其他地方是，就要小心了。
这就好比汽车在陆地上十分好开，但是你要在所有地方（包含沼泽、湖泊、空中）都开，那就要十分小心了。

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马赫和休谟的哲学对爱因斯坦影响很大。马赫认为时间和空间的量度与物质运动有关。时空的观念是通过经验形成的。绝对时空无论依据什么经验也不能把握。休谟更具体的说：空间和广延不是别的，而是按一定次序分布的可见的对象充满空间。而时间总是又能够变化的对象的可觉察的变化而发现的。1905年爱因斯坦指出，迈克尔逊和莫雷实验实际上说明关于“以太”的整个概念是多余的，光速是不变的。而牛顿的绝对时空观念是错误的。不存在...

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马赫和休谟的哲学对爱因斯坦影响很大。马赫认为时间和空间的量度与物质运动有关。时空的观念是通过经验形成的。绝对时空无论依据什么经验也不能把握。休谟更具体的说：空间和广延不是别的，而是按一定次序分布的可见的对象充满空间。而时间总是又能够变化的对象的可觉察的变化而发现的。1905年爱因斯坦指出，迈克尔逊和莫雷实验实际上说明关于“以太”的整个概念是多余的，光速是不变的。而牛顿的绝对时空观念是错误的。不存在绝对静止的参照物，时间测量也是随参照系不同而不同的。他用光速不变和相对性原理提出了洛仑兹变换。创立了狭义相对论。 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。有一个例子，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。

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