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     

狭义相对论中同时性的研究

本文对狭义相对论中＂同时性＂的基础和＂尺缩钟慢＂效应的本质进行了深入探讨.＂绝对同时＂和＂绝对静止＂一样是不存在的,＂同时＂和＂静止＂都具有相对性.以此为出发点,本文对一个不能直接应用＂尺缩钟慢＂效应解决的物理问题进行了深入研究.结果表明只要找到与正在发生的事件始终保持相对静止的惯性参考系,我们就可以引入＂固有时间＂的概念,再结合＂尺缩钟慢＂效应得到相应事件相对于地面参考系的时间变化规律.     

a绝对=a相对＋a牵连在动力学中的运用

凡惯性定律成立的参照系，叫做惯性系；惯性定律不成立的参照系，叫做非惯性系．牛顿第一定律和第二定律在非惯性系中是不适用的．因此，在研究动力学问题时通常应选择惯性系做为参照系．为了在非惯性系中仍能应用牛顿运动定律，往往需引入惯性力的概念．但如果不是使用惯性力的概念，而是同时考虑非惯性系的变速运动以及质点相对非惯性系的相对运动，则在惯性系中使用牛顿运动定律依然方便．     

狭义相对论教学中的几个问题

本文讨论了相对论教学中几个方面的问题,包括常见例子的问题,洛伦兹变换的方便形式,同时相对性例子在另一参考系的讨论,长度测量在另一参考系看到的现象,时间延缓及运动参考系各点时间不同和光的多普勒效应的简单推导.通过不同过程在不同参考系中的讨论,掌握在运动系讨论问题的方法,以及同一过程在不同惯性系内的不同表现,而所有现象的测量结论在洛伦兹变换下保持不变.     

狭义相对论教学中不该出现的错误

本文为了阐明个别大学物理教材中对光速不变假设的错误评论而详细说明了光速不变原理的两个用途:首要用途是用来定义惯性系中的时间坐标(即定义同时性);第二个用途是用来推导洛伦兹变换。随后,在分析了钟慢效应、尺缩效应、同时性的相对性之后解释了尺缩佯谬,并特别指出了某大学物理教材中对一道习题提供的答案是错误的并用两种解法给出了正确答案。     

感应电动势的相对性

关于电磁感应现象的相对性,已有不少讨论.当我们深入到一个闭合线圈的感应电动势的定量变换时,如果忽视了同时概念的相对性,就容易得出不正确的结论来[1].本文试图通过具体的例子来阐明这一点. 首先,为了避免同时概念的相对性带来的麻烦,设一平面闭合线圈固定在惯性系Σ'的x'=a平面内,该线圈相对于另一惯性系Σ,则是以匀速v垂直于四面沿x轴正向行进着.若Σ系里原有稳恒磁场B=B(x,y,z),由于运动线圈切割B线,线圈内产生的电动势 它将促使运动线圈的电量重新分布,从而又相应形成电场E;为简化讨论,假定它沿着线圈的环流为零,即这时,线圈内的电…     

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.     

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     

《从零学相对论》连载(14)

第6讲广义相对论初步§6.1引力的实质是时空的弯曲相对性原理要求物理规律在所有惯性系中有相同的数学表达式,用于狭义相对论,就是要求物理规律的数学表达式具有洛伦兹协变性.这是一个管定律的定律.因此,在建立狭义相对论物理学时,原则     

关于质速关系m=m_0/{(1-v~2/c~2)1/2}的一个简单证明

狭义相对论的一个重要关系式 ,在非物理专业的普通物理教材中,一般并没有加以证明;即使少数教材给出了证明,其过程也很复杂.本文介绍一种简易的证明方法,可使初学者在较短时间内尽快地掌握这一公式的来龙去脉. 动量守恒定律在自然界中是普遍成立的,不同惯性系的观察者测量的物体相对于同一惯性系的动量应相等.这就是本文证明的出发点. 为简单起见,假设K'坐标系相对于K坐标系作匀速。运动,其运动方向沿x轴正方向,并且在两坐标系重合时;双方的钟都指向0(即t=t'=0),有一静止质量为m0的质点在其中运动,运动方向沿x(或x')轴,如图所示. 由K'系中…     

从引力场方程的建立到引力波的直接探测

1引力场方程的建立1905年,爱因斯坦在对时间概念经过长久思考后,提出了两个基本公设:(1)相对性原理(伽利略的相对性原理的推广):物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式.(2)光速不变原理:在所有的惯性系中,光在真空中的速度c是恒定的,它不依赖于发光物体的运动速度.在此基础上,建立了狭义相对论.1905年后,爱因斯坦企图把引力现象归纳在狭义相对论的范畴之     

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。     

惯性原理及其宇宙起源(上)

 常言说得好,没有规矩,不成方圆。没有基准,也就失去依据。什么是引进物理量和描述物理规律的规矩和基准呢?在力学和物理学中,惯性原理即对于惯性观测者以惯性运动和惯性系为基础的相对性原理,对于力学量和物理量的引进、力学和物理规律的描述,起着十分重要的基准作用。对于与空间、时间,其中物质和运动直接相关的力学量和物理量,以及相应的力学和物理规律而言,至少在引力相互作用可以不考虑的情形中是这样。事实上,惯性原理的这一基准作用,在牛顿力学和狭义相对论中都非常突出。早在我国汉代就有记载:“地恒动而人不知,譬如闭舟而行不觉舟之运也。”     

力学教学中容易忽视的一个问题

在力学教学中,老师都会强调牛顿力学适用的范围是惯性参考系,而力学相对性原理也指出:对不同的惯性参考系,一切力学定律都具有完全相同的表达形式,也就是说在所有惯性系中,牛顿力学定律都是等价的,由于总是强调牛顿定律适用于惯性参考系,这样容易给学生一个误解就是只要任意选择一个惯性参考系都能来求解力学问题,实际上在任意的惯性参考系中力学定律是具有完全相同的表达形式,有些力学量是与惯性参考系的选取无关,而有些力学量是与惯性参考系的选取有关的,因此在求解实际问题时就要先知道哪些物理量与惯性参考系的选择无关,这样的物理量在求解时就可改变参考系,选择一个容易求的惯性系来求解;而与惯性参考系选取有关的物理量,在实际问题中求解时先要弄清楚到底要求的是相对哪个惯性参考系的,在求解过程中不能随意更换参考系,这是一个容易被忽视的问题,如果这一点不讲清楚学生在解题时就会很盲目.     

从洛仑兹力定律讨论B与E的相对性

本文从洛仑兹力定律来讨论Ｂ、Ｅ的相对性；即在一个惯性系中表现为磁场力，而在另一惯性系中则表现为电场力，或者两种场力同时并存．这些场力、完全遵从力的相对论的变换规律．     

理论力学自学辅导材料(三)——非惯性系内质点力学

非惯性系内质点力学主要包括三方面内容:一、两坐标系间速度和加速度的变换关系.它起着桥梁的作用,有了它就能从已知的质点相对于惯性系的运动规律推导出质点相对于非惯性系的运动规律.其中不需要附加任何新的假设.另一方面它是质点运动学理论的一部分,为分析研究比较复杂的质点运动提供了一种很有用的简化方法.二、在非惯性系内质点的动力学方程.它是解决非惯性内质点动力学问题的出发点.三、由地球自转产生的一些重要现象.本文仅就一、二两方面作一些说明.一、两个坐标系间速度和加速度的变换关系 为了掌握这两个变换关系的推导,应搞清以…     

“浴盆涡旋”现象的一种解释

 “浴盆涡旋”、台风的气旋等自然现象,在转动的地面非惯性系中看来是由科里奥利惯性力引起的.本文用普通物理的方法,先在地面惯性系中应用角动量守恒定律和流体连续性方程     

基于同时的相对性对钟慢尺缩效应的再认识

同时的相对性、钟慢效应和尺缩效应是狭义相对论时空观的主要内容.鉴于同时性是时空测量的基础,本文从同时的相对性出发详述了对钟慢效应和尺缩效应的再认识:钟慢效应是运动时钟走时率变慢和校表问题的综合表现,其实质是同时的相对性在时间量度上的直接反映;尺缩效应的实质是同时的相对性在空间量度上的反映,也是不同观测者对同一客观事实的不同时空描述.     

对一个非惯性系力学问题的探讨

众所周知，牛顿运动定律仅适用于惯性系，它在非惯性系中不适用．在非惯性系中，可引入与加速运动参考系相联系的力，从形式上满足牛顿第二定律公式，这样引入的力叫惯性力．“欲全面分析被研究物体所受的力，必须同时分析参照物所受的力，     

阿基米德原理在非惯性系中同样成立

阿基米德原理是在惯性系中由实验总结出来的.本文经过理论推导,得出在非惯性系中同样成立.