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。     

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.     

几何理解洛伦兹变换的时空内涵

洛伦兹变换是狭义相对论的核心内容.理解并掌握其内含的时空变换规律,对进一步理解狭义相对论时空观具有十分重要意义.本文基于时空图的二维旋转变换,从几何上对洛伦兹变换中所包含的"钟慢尺缩"时空变换本质和光速不变性等条件进行解析.使学生能够更加直观去感受并理解洛伦兹变换,为后续课程学习打下基础.     

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…     

为什么时空变换必须是线性的

尽管线性时空变换是狭义相对论的出发点,但至少从教学角度,对线性变换合理性的论证依然不清晰。笔者根据时空均匀性、时空各向同性和惯性系的等价性,严格地导出了时空的线性变换,其中关键概念是变换的时间缩放系数和空间缩放系数。沿此思路,进一步约束两个坐标系之间的时空缩放系数相等,并利用光速不变原理,导出了洛伦兹变换。     

推导纵向相对论多普勒效应的新方法

基于狭义相对论的洛伦兹变换和同时的相对性,本文给出了一个推导长度收缩和纵向相对论多普勒效应的新方法。该方法可更直观理解在两个惯性系中观测一个纵向光波的波长与观测沿纵向静止于某个系中杆的长度的本质区别。     

伽利略协变和洛伦兹协变电磁场论趣谈

针对狭义相对论课程中的相对性原理和光速不变原理之间逻辑关系的争论,本文假设空间中存在以太,把麦克斯韦方程组写成了伽利略协变的形式。此时的光波波速变换满足伽利略速度变换,人可以和光同步运动。伽利略协变理论满足相对性原理而不满足光速不变原理。论文然后假设空间中充满均匀洛伦兹协变以太,把介质中的麦克斯韦方程组写成洛伦兹协变形式。重新定义的波相实现了洛伦兹速度变换。只要真空中的光速无限接近极限速度,实验无法排除这种协变介质理论。伽利略协变电磁理论和洛伦兹协变介质电磁理论之间不是一种简单的推广关系。     

狭义相对论洛伦兹变换的推导及其他

本文运用单向光速各向同性的假设推导出通常熟悉的两个特定惯性系之间的最简单的洛伦兹坐标变换,并说明引入光速不变原理假定的唯一目的就是为了使得惯性系中任意地点的时钟互相对准(同步),也就是为了定义惯性系的时间坐标.在推导出通常熟知的洛伦兹变换后也给出了更一般的洛伦兹变换.此外,作为狭义相对论的检验理论介绍了相应于单向光速可变的爱德瓦兹变换、罗伯逊变换以及M-S变换,进而阐明了这些变换同洛伦兹变换之间的关系.总结起来说,洛伦兹变换和罗伯逊变换在物理上是非平庸的变换,而爱德瓦兹变换和M-S变换在物理上分别与洛伦兹变换和罗伯逊变换等价因而是平庸的.特别是,M-S变换是多余的和不必要的.     

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,     

《广义相对论入门讲座》连载②——广义相对论的物理基础

1狭义相对论的困难洛伦兹变换表明,时间和空间存在内在联系."能量动量张量"的表达式和"质能关系式"等表明,质量和运动不可分割.光速不变原理和相对性原理告诉我们,一切惯性系都是平权的,不可能测出相对     

大学物理相对论部分教学中的几点探讨

大学物理中狭义相对论部分较难理解,本文结合洛伦兹变换,分析了相对论时空观、相对论中的因果关系以及相对论质量的概念,给出相关结论.     

相对论质速关系和质能关系的一种推导

给出了一种不直接使用洛伦兹变换关系而得到相对论动力学的质速关系和质能关系的新推导,质速关系和质能关系将不再需要直接与光速有关而是与更一般的运动速度上限vm有关.     

由经典力学引入狭义相对论

为避免学生对狭义相对论产生畏难情绪,在引入狭义相对论时,不作洛伦兹变换公式的推导,通过例子计算给出相对论时空观的结论．     

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。     

时空间隔在所有的惯性系中保持不变与洛伦兹变换

在狭义相对论的框架下,文中首先论述了在时空间隔保持不变的条件下,惯性系之间的时空变换一定是线性的,随后证明了在这一条件下惯性系之间的时空变换必定也是唯一的,最后证明了这唯一的时空变换就是洛伦兹变换.因此从时空间隔保持不变这一条件出发完全可以建立洛伦兹变换,文中在最后一节还论证了这一建立洛伦兹变换的条件是最基本的条件,没有其他更低的条件.     

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.     

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…     

浅析狭义相对论时空观

本文利用洛伦兹变换推导出长度收缩及时间延缓两个相对论效应,探讨两者的相对性及相互联系,从而加强对狭义相对论时空观的理解.     

时间、空间与运动——狭义相对论及其伟大科学意义

介绍狭义相对论诞生的历史背景,爱因斯坦创立狭义相对论的新思维和创造性,发现自然界两条基本原理及其建立新的相对性时空结构理论及新的运动学定律的思路历程.由此揭示和证明时空相对性结构是一切自然界定律对相对运动保持其不变性和对称性的基础,也是自然界因果关系成立的基础,最后介绍从狭义相对论得出的自然界的一系列新奇结论和定律.