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.     

相对性原理与时空线性变换

惯性系具有任何方向时空平移不变的特性,依据相对性原理和时空平移不变性证明了惯性系的时空变换必须为线性变换。相对性原理是时空线性变换的真正必要条件。除了伽利略变换具有"同时的绝对性"外,其他的惯性系时空线性变换都具有"同时的相对性"。利用相对性原理还可以证明惯性系的速度变换为单调递增函数,因而存在速度上限,惯性系除伽利略变换外的所有时空线性变换都存在有限的极限速度,进而可以推导出惯性系时空线性变换的广义洛伦兹变换公式,其中极限速度的取值可以通过实验来确定。     

惯性参照系之间的时空变换及其唯一性问题

在狭义相对论的框架下,论述了在时空间隔保持不变的条件下,两个作相对运动的惯性参照系之间的时空变换一定是唯一的,而且这个唯一的变换就是洛伦兹变换。如果不考虑惯性参照系之坐标轴的平移与转动自由度问题,由时空间隔保持不变这一条件就直接得到了通常形式的洛伦兹变换。     

浅析洛伦兹变换的性质

本文从数学和物理学的角度分析、讨论了洛伦兹变换的两个重要性质,即“时空对称性”和“时空相对性”。最后又由时空对称平面图推导出了洛伦兹变换。     

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。     

η-ξ时空的截面转动与虚时、实时热场理论间的直接变换

将ηξ时空理论与适当的复时间变换有机结合,构造了所谓ηξ复时变换,它给出ηξ时空中的截面转动,从而诱导出虚时、实时热场理论间的直接变换,这从背景时空的角度揭示了虚时、实时热场理论间的内在联系     

η—ξ时空的戴面转动与虚时,地热场理论间的直接变换

将η－ξ时空理论与适当的复时间变换有机结合不仅与构造了所谓η－ξ复时变换,它给出η－ξ时空中的戴面转动,从而诱导出虚时、实时热场理论间的直接变换,这从背景时空的角度揭示了虚时、实时热场理论的内在联系。     

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.     

Clifford代数中的双曲相位变换群及其在四维相对论时空中的应用

将Clifford代数所定义的双曲复空间R_H和作用在双曲复空间R_H上的双曲相位变换群U₄(H)赋予了明确的物理意义. 双曲复空间R_H同构于四维Minkowski时空，而其上的双曲相位变换群U₄(H)就是四维相对论时空中的洛仑兹(Lorentz)变换群. 进一步，利用U₄(H)群的复合变换性质，自然导出了四维Minkowski时空中Lorentz变换和速度变换的一般表达式. 由此，将狭义相对论中的特殊Lorentz变换作为特例包含其中. 关键词： 双曲复数 双曲相位变换 Minkowski时空 Clifford代数     

从力学相对性原理推导特殊相对论力学

讨论力学相对性原理,一般称为伽利略相对性原理,满足伽利略相对性原理的时空变换式称为伽利略变换式。有人分析伽利略变换式,认为其中有未经证实的关于时间与空间的绝对性的假定。其实我们得到伽利略变换式时是否一定要时空绝对性的假定,是要看我们用怎样的角度来看问题的;如果我们肯定牛顿力学的全部原则都是确切无疑的(例如质量是不随速度而改变),那末要满足力学相对性原理的时空坐标变换,必     

自由微观粒子相对论

给出自由微观粒子的时空变换理论和自由微观粒子的相对论能量表示.     

惯性系之间的时空变换是线性变换的充分与必要条件

在狭义相对论中,两个作相对运动的惯性参照系之间的时空变换是线性变换的充分与必要条件,从符合物理实验事实上讲这个条件就是时空间隔保持不变。     

视界和温度格林函数的生成泛函

在平衡态条件下,利用格林函数的欧氏生成泛函讨论了具有视界的Rindler时空和黑洞时空中量子场温度的几何来源。在Minkowski时空到Rindler时空的变换下,绝对零度格林函数欧氏生成泛函的路径积分表示变换为有限温度量子场的相应表示,说明Minkowski真空态和Rindler时空中的一量子混合态性质相同,导出了这个态的温度格林函数及各热力学格林函数。对于Schwarzschild,Reissner-Nordstrom和Kerr黑洞,得到了类似的结果,并获得了描写量子混合态的统计算符的具体形式。 关键词：     

一种基于时空变换和压缩感知的磁共振螺旋采样的图像重建算法

螺旋采样磁共振快速成像在功能性成像、并行成像和动态成像等领域发挥着越来越重要的作用.螺旋采样图像重建的传统算法是用核函数将螺旋状分布的k空间数据插值到均匀网格中,再利用傅里叶变换和最小二乘法进行重建.但是基于网格化的算法对核函数过于依赖,在网格化过程中产生难以避免的误差.该文提出了基于时空变换和压缩感知的l1范数的最优化模型和重建算法.时空变换矩阵描述了空间上的磁共振图像与采集到的时域信号间的关系,使得算法直接使用采集到的数据作为保真约束项,避免了网格化过程产生的误差.此外,基于图像处理单元的并行计算被用来提高时空变换矩阵的运算速度,使得算法具有较强的应用价值.     

力学中的守恒定律与时空对称性

本文按照近代物理观点，应用Ｈ函数对时空变换的不变性，导出动量守恒、角动量守恒和能量守恒定律，说明三个守恒定律是时空对称性的表现，从而阐明了三个守恒定律的物理根源和本质．     

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。     

狭义相对论中事件概念的教学

论述了事件概念的含义及准确理解事件在洛伦兹变换和相对论时空理论（运动时钟延缓、运动尺寸缩短等）教学中的作用．     

约束系统的变换和推广的Killing方程

本文从约束系统的作用量和约束方程的普遍变换性质出发,得到了约束系统的推广Killing方程组,此方程组的解所生成的变换可产生经典Noether定理的守恒量。讨论了连续系统的时空变换和内禀变换,在变换保持约束方程不变时,指出此变换能导致守恒流的充要条件,给出了对不可压缩连续介质的应用,讨论了对广义力学和经典力学的应用,并给出了推广Killing方程组解的某些实例,将Poincare不变量推广到了受约束广义力学系统。 关键词：     

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.