关于狭义相对论同时性问题

长期以来,在有关狭义相对论的讨论中比较重要的一个基本问题,就是光速各向同性的假设是否为实验证实和是否能够用实验证实的问题.为了讨论这个问题,我们先说明如何测量一个质点沿某给定方向的运动速度(简称单向速度), 要确定一质点的单向速度,就要确定该质点通过给定距离AB所花费的时间t_(AB),这就需要使用两只钟计时,一只钟位于A点,另一只位于B点.但是,要使这两只钟的读数之差t_B一t_A“确实”代表t_(AB),就必须事先用某种手段使它们对准.用什么手段来校准不同地点的钟呢?这个问题就是所谓的不同地点的同时性问题.早在1905年,爱因斯坦…     

双程光速不变和洛伦兹协变性

狭义相对论的巨大成就并不在于用狭义相对性原理和光速不变原理两条基本假设导出了洛伦兹变换,而在于进一步指出洛伦兹协变性是物理理论成立的普遍条件,从而使相对论原理成为一个普遍的原理,而在理论研究中应用这一原理取得了积极的实际成果,狄拉克将量子力学相对论化,使方程也满足“洛伦兹协变性”,预言了正电子的存在就是一例. 虽然相对论原理日益得到广泛应用,但也有不少人为“双生子佯谬”这一类问题苦脑着,从而怀疑狭义相对论据以建立的两条基本假设的正确性.有人认为:既然光速不变原理从未得到直接的实验检验,是否允许舍弃“光速不变…     

相对论和光速不变原理

“狭义相对论”提出已有半个多世纪了.人们总是认为它有一个“光速不变”的基本假设.为了证明这个“基本假设”是否成立,布置了一系列光学实验来加以验证.不少人担心,有朝一日这类实验测出光速有变动,是否会威胁、动摇相对论的基础并进而推翻整个相对论理论.相对论难道就这样时时面临着从实验结果可能来的威胁吗? 相对论将麦克斯韦电磁理论和洛伦兹电子学说的有关物理学总汇归纳到空间、时间及其与物质运动相互关系的基本正确认识上,补充发展了牛顿的经典力学,它的已有成就是值得肯定的.我们根据辩证唯物主义的原理,认真分析了整个相对论体…     

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.     

狭义相对论教学中的误区析疑

指出相对论教学中的一些常见误区,例如,光速不变的意义;哪一个钟慢了;哪一把尺缩短;如何理解孪生子佯谬;高速运动的物体是否变扁了;可以和光子火箭通信吗;光子可以作为参考系吗等等,并逐一进行析疑．     

科里奥利力产生的物理分析

在匀速转动参考系中,质点以匀速运动时,则有科氏力作用于质点上.从加速度基本定义出发,利用矢量进行分析,不仅能很容易得出科氏力,而且能清楚地看出其物理意义.现仅就下面两种特定情况加以讨论. (一)质点沿转动圆盘半径方向作匀速直线运动. 设圆盘相对于惯性系统以匀角速度绕轴转动,质点以匀速v’沿圆盘上的矢径(OP)作直线运动.(图1).大家知道,在转动参考系中,要保持质点作匀速直线运动,必须对质点施以真实力F,以抵消惯性力的作用。亦即有由于真实力与坐标系无关,它在惯性参考系中为F=ma,式中a为相对于惯性参考系的加速度.显然,求出加速度…     

时钟佯谬

“时钟佯谬”是在狭义相对论里出现的一个问题:已对好的两个钟,因相对运动彼此离开,如果重新相遇,就每一个钟所在的参照体系来判断,似乎都是另一个钟变慢。于是有些人就以为:不论两个钟的运动情况怎样,它们所指示的时间不会不同;又有些人认为:两个钟在读数上的差别是存在的,不过这个问题必须从广义相对论解决。其实,“时钟佯谬”不过是使用狭义相对论的时间推迟公式所引起,应该完全可以通过狭义相对论得到正确的解释。本文沿这一途径提供了具体解决的方案,并与广义相对论所得的结果作了比较。最后,在文末对近年来有关这方面的各种观点和诠释,作了一个总的简短评述。     

狭义相对论的逻辑结构和解释──从单程光速和同时性问题谈起

一、问题的提出 在现有的狭义相对论体系中,在单程光速测量和不同地点的同时性定义之间存在着逻辑循环,因而实验只能测量光的往返平均速度,只证明了这种双程光速在惯性系中具有恒定性,这一点已有不少人在不同程度上指出.爱因斯坦早在1911年和1916年就曾承认过这一点.但他没有作进一步的分忻.相反,由于爱因斯坦用光来定义同时性,从而得到的“同时性的相对性”一直被看作是突破牛顿时空观念的关键和相对论的“精髓”所在,就使得逻辑循环问题被淹没了.爱因斯坦本人不但后来不再提起这个问题,而且他有些论述实际上是否定了前面的看法.这就使人们…     

速度为零的光

狭义相对论中的光速不变原理，叙述的是真空中的光速。在媒质中，光速是可变的，甚至，我们可以“看见”静止的光波。     

必须坚持马列主义的科研路线──评《等速条件下的空时对称理论》

一、“光速不变”不是相对论的要害 秦元勋同志《等速条件下的空时对称理论》(见《物理》第四卷第一期)对相对论的批判并没有抓住爱因斯坦相对论体系中的要害.在他列举的三点理由中,没有一条称得上是所谓相对论的“根本性的缺点和错误”的东西. 在一定条件下“光速不变”,并不违反辩证唯物主义;只有把光速看成是一切物质运动形态的“极限速度”,才是真正的形而上学.秦元勋同志在批判爱因斯坦的相对论体系的哲学思想时,把重点放在批判“光速不变”这一有实验基础的基本假设方面;这是不对的.秦元勋同志说:“为了坚持一种明显地违反辩证唯物主…     

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…     

为什么说狭义相对论是近代物理学的一大支柱

本文首先简要介绍了狭义相对论的两条基本假设:狭义相对性原理和光速不变原理。进而由光速不变原理定义了惯性系的时间坐标并连同相对性原理推导出洛伦兹变换。随后把相对性原理具体表述为:一切物理定律的方程式在洛伦兹变换下保持形式不变。最后着重说明了为什么说狭义相对论而非广义相对论是近代物理学(包括广义相对论)的一大支柱:所有平直时空的物理学理论其动力学方程式都在洛伦兹变换下保持形式不变;广义相对论是在弯曲时空的局部保持洛伦兹不变性。     

不能把相对论绝对化

相对论的建立,是有一定条件的,即相对的.不能绝对化地看待相对论的规律,列宁教导我们:要“任何关于物质构造及其特性的科学原理都具有近似的、相对的牲质;自然界中没有绝对的界限”;因此,从分析相对论的内在矛盾入手,弄清相对论的适用范围与限制,批判把相对论绝对化的倾向,是很重要的. 一、关于相对论的两条原理 相对论是建立在两条原理上的:(1)狭义相对性原理:物理体系的状态据以变化的定律,同这些状态的变化是以两个彼此作相对匀速平行移动的坐标系中的哪一个为参考,是无关的;(2)光速不变原理:光在真空中总是以一个确定的速度c传播着,这个…     

谈洛伦兹变换的物理意义

 一由于将电动力学的麦克斯韦方程作伽利略变换时,方程不表现协变性,导致“以太”这一标准参考系在电磁理论中的引入,即光速只相对于“以太”这个标准参考系才是常量,而相对于以“以太”为参考系作匀速直线运动的一切参考系都不具备这样的性质。也就是说,麦克斯韦方程只对“以太”这一标准参考系成立。根据这一假设,在“空空如也”的空间中就必然填充着绝对静止的’以太”,并不难用光学测量发现地球在“以太”中的绝对运动,以证明’以太”这一标准参考系的存在。为此目的,迈克尔逊和莫雷做了精密的实验(著名的迈克尔逊--莫雷实验),却没有观测到地球的绝对运动,这就意味着在“空空如也”的空间中并不存在绝对静止的“以太”.     

浅谈狭义相对论的三个效应

狭义相对论中由"光速不变"而产生了三个常见的相对论效应:时间膨胀、长度收缩和同时的相对性.实际上,光速不变原理所导致的效应不止这些,下面就介绍三个很有意思的相对论效应:前灯效应(headlight effect)、光行差效应(aberration effect)和角压缩效应(angular compresson effect).     

降低了对称程度的狭义相对论

作为爱因斯坦狭义相对论基础的两个假设是:相对性原理和光速不变原理.相对性原理说的是不论对于一个固定不动的观测者,还是对于一个匀速运动的观测者,各种物理现象的规律应该是相同的 光速不变原理认为不论光源如何运动,光速总是恒定的.欲使这两个假设成立,时-空必须具有一定的对称性.将以上这些合并考虑便形成了与旋转及速度之变化有关的所谓Lorentz对称群(以下简称"L对称"):如果在你进行一项物理实验时,实验室上下倒置了或开始以不同的速度移动,但由于L对称,自然界的基本规律是不会改变的.     

大学物理狭义相对论时空观的教学讨论

在狭义相对论时空观的教学中,关键是要抓住光速不变原理这条主线,使学生既能从严密的数学逻辑理解又能从物理本质理解．本文根据作者多年的教学实践,就此对狭义相对论时空观教学进行了讨论．     

从爱因斯坦火车到洛伦兹变换

爱因斯坦火车是狭义相对论中展示同时性的相对性的经典模型, 爱因斯坦利用该模型证明了“ 同时性 的相对性” . 在狭义相对论中, 空间和时间并不相互独立, 而是一个统一的四维时空整体, 不同惯性参考系之间的时 空坐标变换关系式与洛伦兹变换在数学表达式上是一致的, 通过分析爱因斯坦火车模型中光在不同惯性参考系内 到达车壁的时间, 利用简单的数学变换更加容易地得到了洛伦兹变换, 从而验证了洛伦兹变换在狭义相对论的核 心地位     

爱因斯坦建立狭义相对论的关键一步——同时性定义

本文阐明了双程(回路)光速的数值可以由实验直接给出,但是单向光速的数值不能由实验获得而只能通过单向光速各向同性的假设使之等于双程光速的数值.有了这个(假定的)单向光速的数值就可以同步惯性系中的所有时钟,因而定义了惯性系的时间坐标,正是由于这种同时性定义,爱因斯坦才进而发现了狭义相对论.迄今为止所有测量光速的实验给出的都是双程而非单程光速的数值.为了从理论上阐述单程光速无法测量,我们介绍了爱德瓦兹同时性,它是使用双程光速不变而单程光速任意的假设来定义的;同时给出了与之相应的爱德瓦兹变换,进而讨论了这种同时性与爱因斯坦同时性的关系.通过时间膨胀和长度收缩效应阐明了二者在物理上是等价的,也就是说单向光速的效应在实验中不会显现.     

狭义相对论中的几个佯谬(讲课札记)

真空光速c既是一个具有运动学品性的量,又是一个电磁场理论中具有动力学品性的量.因此狭义相对论中的光速不变原理不但可以给出洛伦兹时空变换,进而给出钟慢、尺缩等运动学观测效应,而且同时也对理论的动力学结构提出了在经典力学中不可能出现的约束.本文设计并详细分析了几个典型的佯谬问题,旨在说明狭义相对论的运动学如何约束其动力学结构.具体来说,运动学的观测效应要求动力学上与其协调的一定是以有限速度传播的场相互作用理论,其传播速度上限即为真空光速,而场量的变换应由洛伦兹时空变换所决定.进一步分析表明,场具有动量等物质属性,是物质存在的一种形式.