《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     

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。     

相对论的几何表述③

相对论的几何表述③梁灿彬（北京师范大学物理系，北京１００８７５）３学一点点广义相对论３．１引力的实质是时空弯曲狭义相对性原理实际上是关于物理定律的定律，它要求一切物理定律具有洛伦兹不变性．因此，在建立狭义相对论物理学时，应该以它为标准重新审查已有的物...     

四维速度在狭义相对论中的承前启后作用分析

四维速度矢量在狭义相对论中具有承前启后的作用,一方面关联着光速不变原理决定的相对论四维时空,另一方面关联着相对性原理决定的协变力学定律和电动力学定律.长期的教学实践表明,重视和加强四维速度矢量及其承前启后作用的教学,可以更有效启发初学者理解狭义相对论的来龙去脉和理论体系,更有利于促进他们夯实物理基础.     

相对性原理及其对自然界定律的协变性要求--机械能守恒定律协变性疑难的解答

阐明狭义相对性原理的准确含义,批出它并不要求自然界每条定律都单独协变,但要求每条定律至少属于一个协变集合,给出最小协变集的求法。表明机械能守恒定律满足狭义相对性原理及其对自然界定律的协变性要求,还指出一切社会科学定律也都满足狭义相对性原理。     

《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?     

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     

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.     

庞加莱的狭义相对论之四 庞加莱与洛伦兹和闵可夫斯基

<正>19世纪末洛伦兹的工作奠定了狭义相对论的基础,其后庞加莱与洛伦兹的互动和相互启发,直接催生了狭义相对论的诞生。1902年庞加莱明确指出,洛伦兹的理论意味了同时性的相对性;1904年洛伦兹发现了我们今天以他名字命名的时空变换;1905年庞加莱一锤定音地确立了狭义相对论的赝欧几何结构。事实上,早在1881年庞加莱就发现了2+1维赝欧几何的数学结构;1891年他又意识到,     

相对论问答录之一

<正>问题一、狭义相对论建立在哪两条公理的基础之上?狭义相对论建立在"相对性原理"和"光速不变原理"这两条公理的基础之上。相对性原理是说,物理规律在所有惯性系中都相同。需要强调,这里所说的相对性原理已经是伽利略相对性原理的推广。伽利略相对性原理只针对     

广义相对论及其实验证明

 爱因斯坦1905年提出的狭义相对论(平直时空理论)用狭义相对性原理代替伽利略相对性原理,即所有动力学方程式都要在洛伦兹坐标变换下保持形式不变。     

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.     

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。     

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.     

洛伦兹变换的引入及其时空图像讨论

狭义相对论是理工科大学物理课程教学中的一个难点,这是因为狭义相对论所涉及的时空效应在实际中都很难被观测到,而反映相对论时空观的洛伦兹变换又较为抽象,学生在学习过程中通常是机械地记忆公式,而并没有真正理解相对论的时空观及其与洛伦兹变换之间的联系.针对这一问题,本文介绍了一种引入洛伦兹变换的新方式:首先通过直观的思想实验定量地导出时间延缓、长度收缩和同时性的相对性等时空效应的数学表达式,然后在此基础上推导得到洛伦兹变换的x坐标变换式和时间变换式,并结合推导过程对其时空图像进行讨论.通过洛伦兹变换的这种引入方式可将相对论时空效应与洛伦兹变换紧密地联系起来,突出了洛伦兹变换的物理图像,从而加深学生对洛伦兹变换及相对论时空观的理解.     

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.     

相对论的教学要紧扣“相对”

通过强调相对性,介绍一种狭义相对论时空观的教学方法。     

理论体系大同小异──对《等速条件下的空时对称理论》一文的几点看法

爱因斯坦的狭义相对论及其时空观点只能是客观世界的近似反映,有它的局限性和适用范围.随着生产实践和科学实验的进一步发展,必然要对狭义相对论的理论体系进行重新审查,它很可能面临与牛顿刀学同样的命运,也就是说,很可能被作为某种特殊情况而纳入一个适用范围更加广泛的新的理论体系之中.这个新的理论的时空观点必然同狭义相对论的时空观点有所不同.这几点已是多数人的看法了.秦元勋同志企图突破狭义相对论的理论体系,其精神是应当肯定的. 然而秦元勋同志的文章《等速条件下的空时对称理论》(见《物理》杂志第四卷第一期,以下简称为“该文…     

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…     

长杆的相对性转动

本文主要通过回顾和重新考察狭义相对论下长杆的匀速转动研究,指出伽利略公式在狭义相对论框架下是不自洽的.利用惯性系下的狭义相对论传递公式,通过连分数和递推关系,导出狭义相对论下匀速转动长杆的转速公式.这一相对性转动公式中,转动线速度总小于光速的情况,从而伽利略转动公式中的视界问题得到解决.文中还验证了相对论转动公式的自洽性,并比较了相对论长杆转动和经典转动的横向多普勒频移,其结果可用于检验相对性转动公式.