小谈广义相对论--"从低速到高速"之五

我们已介绍过狭义相对论；在那里爱因斯坦把牛顿的相对性原理推广到包括电磁现象，但还是指惯性系说的；各个参考系是相对做匀速运动的惯性参考系．对加速参考系又该如何呢？爱因斯坦在马赫思想的影响下提出：物理规律对所有参考系，不管是惯性系还是加速系，都应该是一样的．这个进一步推广了的相对性原理叫“广义相对性原理”．它是爱因斯坦广义相对论的一个基本原理．     

狭义相对论中动尺收缩效应之认识

1905年,爱因斯坦创立了狭义相对论,从而把牛顿力学中对宏观低速物体的研究推广到高速运动的物体,得到了一套崭新的时空观.动尺收缩是狭义相对论时空观的经典效应,狭义相对论时空观的基础是同时的相对性.因此同时的相对性与动尺收缩效应存在必然的联系.     

《从零学相对论》连载

第1讲 狭义相对论的引入 相对性原理是牛顿力学的一个重要出发点.然而,麦克斯韦(以下简称麦氏)的电磁理论问世之后,相对性原理曾一度遭遇过严峻的挑战,最终导致狭义相对论的诞生.因此,要介绍狭义相对论的引入动机,有必要讲清以下三个问题: 1.什么是相对性原理? 2.麦氏电磁理论为何曾一度对相对性原理提出过严峻挑战? 3.上述挑战如何诱发爱因斯坦创立狭义相对论?     

狭义相对论的创立与爱因斯坦的创新思维

 1905年,爱因斯坦(A.Eindtein,1879～1955)发表了具有划时代意义的论文《论动体的电动力学》,创立了狭义相对论。他把力学现象和电磁现象的规律平等统一在相对性原理之下,得到一系列不同于牛顿力学的重要结论,解释了与牛顿理论相矛盾的全部实验现象,从根本上改变了传统的时空观念,解决了许多重要的物理问题。不仅如此,他思考问题、研究问题的创新思维带给人们更多的思考。追溯爱因斯坦狭义相对论思想的发展线索,透视其科学创新思维方法,将有助于我们深入理解他的科学思想,并从认识论、方法论的高度得到提升。     

相对论中的绝对论

“相对论”,作为爱因斯坦时空理论的名称,片面强调了某些概念由绝对降级为相对,而没有同时反映出另一些概念由相对升级为绝对.“相对性”这个字眼在相对论中的地位,往往使人认为:相对性比绝对性更为本质. 其实,相对论对物理学的基本贡献,不仅在于揭示了某些曾被认为是绝对的物理概念的相对性,更重要的是,在于确定了许多新的物理概念的绝对性,从而大大扩展和加深了人们对自然规律的认识.普朗克、闵可夫斯基、辛尔(J.L.Synge)等人都说过:相对论实际上是绝对论.福德(F.W.Ford)甚至把相对论概括为“关于自然界不变性的理论”[1]. 普朗克是相…     

华罗庚与爱因斯坦相对论及其扩展——纪念华罗庚诞辰一百周年

华罗庚先生运用矩阵几何与投影几何,研究并简化了爱因斯坦狭义相对论的基本原理,得到惯性运动的对称性,并促进了对德西特不变的狭义相对论的研究.他的深入考察至今仍引领着我们如何面对精确宇宙学的挑战.爱因斯坦相对论作为以宇宙常数Λ>0为特征的宇观物理学的基础面临疑难.相对性原理应该扩充到具有两个不变普适常数c和l,具有24个生成元的惯性运动对称性的相对性原理.于是,存在庞加莱、德西特和反德西特不变的3种相对论,伴随着对偶庞加莱运动学,它们构成相对论三位一体.取……,德西特相对论提供宇观尺度之新运动学,亦可避开相对性的宇宙佯谬.华老不仅是大数学家,而且是大思想家和大教育家,是一位为复兴中华民族而奉献终身的伟大代表.     

再论光速不变原理和洛伦兹变换

根据相对性原理和光速不变原理不仅可以得到洛伦兹变换关系,而且可以证明运动的相对性条件,即爱因斯坦条件成立.同时表明在相对性原理假设下,光速不变原理、间隔不变性和洛伦兹变换关系这三者等价.     

相对性原理对普遍定律和非普遍定律参考系变换性质的不同要求——关于协变性疑难的进一步讨论

提出普遍定律和非普遍定律以及“协变”与“可导出”的明确定义，证明狭义相对性原理（及其伽利略近似）要求在惯性系变换下，自然界普遍定律是协变的，非普遍定律不协变但是“可导出”的，一切定律都服从相对性原理，从而进一步解答了由爱因斯坦，朗道关于狭义相对性原理的一种错误表述所引起的“协变性疑难”，还将有关结论推广到广义相对性原理情况。     

与磁铁运动有关的电磁感应现象

磁铁相对于线圈运动,在线圈中产生感生电流是电磁感应的基本实验之一(图一),也是法拉弟电磁感应定律的实验基础,有关书籍对此实验都有介绍,但在解释实验现象时,不能简单地把图一等效地看作磁铁静止,线图运动,把磁场和电场作为不变量来处理,得出线圈中的感生电流来源于洛仑兹力(磁力).因为电磁现象不服从伽利略的相对性原理,即使在磁铁低速(υ　c)运动时,也不能使用林利略变换,因为这里涉及磁场和电场在不同参考系中的变换,本文对此作较深刻的分析,以期对这类感应现象有进一步的认识和理解. 由于电磁感应只服从爱因斯坦的相对性原理,因此正确…     

爱因斯坦与狭义相对论的诞生

介绍了爱因斯坦建立狭义相对论的伟大贡献.狭义相对论与经典物理学的分水岭是"光速在真空中恒定"的假设.爱因斯坦首先提出"光速不变原理",首先指出"同时的相对性",并且首先放弃了以太概念.爱因斯坦是狭义相对论的唯一创建者.     

经典物理中相对性原理的教学(摘要)

正相对性概念在物理学中是一个重要概念,在狭义相对论中尤为突出,在经典物理教学中应同样强化相对性概念的教学.本文以电磁感应为例,讨论了电磁感应的经典相对性机理.磁场的起源是电流,即运动的电荷产生磁场.然而根据相对性原理,运动具有相对性.以不同坐标系的立场观点,对同一种运动的观测其结果必然不同.电荷的运动具有相对性必然导致磁场也具有相对性.当电荷低速运动时,场的变换为经典伽利略变换;当电荷高速运动时,为洛伦兹变换.     

这样的“体系”好吗?──与秦元勋同志商榷

列宁教导我们:“任何关于物质构造及其特性的科学原理都具有近似的、相对的性质;自然界中没有绝对的界限……”1).作为物理原理的狭义相对论也只能是客观世界的近似的反映.爱因斯坦在建立相对论体系时,渗进了唯心论、形而上学及相对主义的反动哲学思想,把相对论绝对化,甚至把其中一些原理歪曲为主观任意的东西,在物质观、时空观、运动观等方面也有许多问题,这些观点是阻碍科学发展的,应该批判. 但是,要突破相对论,必须以毛主席的哲学思想作指导,以实践作基础.从这个角度看,我们认为,秦元勋同志的文章[1](以下有时简称“该文”)有一些重要问…     

谈谈广义相对论

牛顿曾写道:“从本质上讲,绝对空间是与任何外界物体都无关的,它永远是同一的,固定不动的……”,“绝对的、真空的、数学的时间本身,不论有无其它任何客体。永远均匀不断地流逝着.”在牛顿看来,空间和时间(以后称时空)是独立于运动着的物质而存在的,即使把物质全部移走,时空依然如故.时空好比演戏的舞台,戏演完了,舞台仍在那里.狭义相对论指出了空间和时间的内在联系,但仍然未表明时空与运动着的物质之间的不可分割的联系.广义相对论对牛顿的时空观提出了更深刻的挑战.爱因斯坦写道:“设想一件本身起作用而不能承受作用的事物(时空连续区域)…     

狭义相对论的欧氏假定与暗宇宙的启示

本文分析爱因斯坦相对论中关于一类没有相对运动的惯性系中刚性量杆的欧氏假定，以及相对性原理与宇宙学问的不协调。简单介绍我国学者提出的德西特不变的相对论，以及由暗宇宙启示的马赫原理。该相对论提供一个加速膨胀的观测宇宙所渐近趋向的模型。这里，不存在相对性原理与宇宙学问的不协调，存在一类相对于宇宙背景静止的优越惯性系，3维宇宙空间是闭的，宇宙常数起到惯性运动起源的作用。同时，这个模型提供观测宇宙的熵界，与全息原理的猜测一致，当曲率半径趋于无限时，这类优越惯性系仍然存在，不完全是爱因斯坦狭义相对论。     

试谈光速不变原理

光速不变原理是狭义相对论的一块基石.“所谓光速不变,简单地说,就是指光速与光源的运动伏态无关.”如果把光速不变原理与相对性原理融合起来表述,就是在任何惯性系中光速都一样. 光速不变原理的提出突破了十七世纪以来自然科学物质观、运动观、时空观的旧框框,导致了一次物理图景乃至自然科学图景的大革命.以光速不变原理为标志的相对论的出现,是物理学史,也是人类思想史上的一件大事,值得我们认真研究. 一、光速不变原理是自然科学 发展的必然结果 光速不变原理的出现,不是科学史上的偶然事件,而是十九世纪后期、二十世纪初年自然科学发展…     

量子物理学的哲学问题

自从本世纪的开始,那时爱因斯坦提出了相对性原理而普朗克第一个人介绍了量子,旧的关于物理世界的“经典”的机械概念已不为人们所信了。在二十年代的初期海森伯和薛定谔引入新的量子力学的时候,由此在物理学理论中所形成的危机加深了,而问题也更尖锐地显示出来了。自此以后,人们对于物理世界的观念摆脱“经典”的观念发展到这样的地步,以致有一派物理学家,就是那些与新力学的发展最     

Beltrami-de Sitter时空和de Sitter不变的狭义相对论

分析了在相对论体系中狭义相对性原理和宇宙学原理之间的关系以及Beltrami-de Sitter -陆启铿疑难.指出可以把狭义相对性原理推广到非零常曲率时空，在具有Beltrami度规 的de Sitter/反de Sitter时空中建立狭义相对论的运动学和粒子动力学. 在这类狭义相对 论中,相对于Beltrami坐标同时性，Beltrami坐标系就是惯性坐标系，相应的观测者为惯 性观测者; 对于自由粒子和光讯号, 惯性定律成立;可以定义可观测量,它们不但守恒而且还 满足推广的爱因斯坦关系.除了Beltrami坐标时同时性之外，对于共动观测, 还可以取固 有时同时性;此时，Beltrami度规成为Robertson-Walker型的度规，其3维空间是闭的,对 于平坦的偏离为宇宙学常数的量级.这表明,在这类狭义相对论中,相对性原理与“完美”宇 宙学原理之间存在内在联系,并不存在那些问题.进而,基于最新观测事实，重述了Mach原 理；指出对于Beltrami-de Sitter/反de Sitter时空，宇宙学常数恰恰给出惯性运动的起 源. 关键词： 狭义相对性原理 宇宙学原理 de Sitter不变的狭义相对论 Beltrami-de Sitter时空 同时性 Mach原理     

迎接即将到来的太阳能时代!--纪念伟大的物理学家A.Einstein发现光电效应100周年

今年是联合国大会所确定的“国际物理年”，也是伟大的物理学家爱因斯坦逝世50周年，同时也是爱因斯坦发表他的著名理论，狭义相对论的100周年．狭义相对论深化了牛顿所奠定的牛顿力学，深化了牛顿所提出的时空观，从而影响到当代物理学的各个领域．人们公允地认为这是物理学领域里的大突破，亦即由宏观低速运动领域的突破，进入到宏观高速领域的突破．这一突破的重要的后果之一，     

引入牵连微商讨论相对运动的方法

本文指出,在讨论相对运动时如引进一种新的时间微商,即所谓牵连微商,就可简化相对运动中速度和加速度的计算,并便于从物理上说明牵连加速度和柯赖奥来加速度的含义。文中得到了绝对微商、相对微商和牵连微商这三种算符之间的关系式,用这种算符关系式讨论相对运动是十分方便的。 一、引言 一质点M相对于基本坐标系Ω的运动称为绝对运动,相对于动坐标系Oxyz的运动称为相对运动。理论力学中一个重要的问题是,如已知质点M在动坐标系K中的位置和速度,如何由动坐标系K相对于基本坐标系K’的运动,求出质点M在K’中的速度和加速度,即求出其绝对…     

现代宇宙学进展

宇宙学作为物理学的一项内容,到现在整整三百年了.1987年是牛顿发表《自然哲学的数学原理》的三百年,在这第一本讨论物理动力学的书中,已经有宇宙学的内容了.在《原理》中有这样一段话: “如果把一个桶吊在一根长绳上,将桶 旋转多次而使绳拧紧,然后盛之以水,并使 桶与水一道静止不动,接着在另一力的突 然作用下,水桶朝反方向旋转,因而当长绳 松开时,水桶将继续这种运动.水面最初 与桶旋转前一样,是平的,但此后桶逐渐把 运动传给水,使水旋转起来,并逐渐离开中 心而向桶的边缘凹起…….起初,当水在 桶中的相对运动最大时,这种相对运动并 没有…