《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     

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.     

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...     

论静电场和静磁场的相对性

电场和磁场形式不同但本质相同,在不同的惯性系下,二者可以相互转变,转变的规律遵循最基本的力学原理.结合狭义相对论和基本的力学定律,可以更加直观地表达电场与磁场的相互转变过程和转变形式,从而更深刻地理解电场与磁场同宗同源的本质.     

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…     

《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?     

狭义相对论学习中学生的错误理解研究概述

狭义相对论作为经典物理与近代物理的分水岭,对学生认识科学本质具有深远的影响.然而实际教学与研究显示,学生对狭义相对论存在许多错误理解.为了解决这一问题,本文梳理了国内外关于狭义相对论学习的相关研究.根据狭义相对论的知识框架,总结了学生在狭义相对论学习中普遍存在的错误理解,并分析其背后的原因,以期为未来狭义相对论的教学与研究提供借鉴.     

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。     

静磁学的一种教学方案

在普通物理教学中以狭义相对论为基础，由库仑定律计算运动点电荷之间的作用力，从而可在理论上引出磁场定义和毕奥-萨伐尔定律。     

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．     

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.     

大学物理教学中不应忽视电磁学与狭义相对论的内在联系

文章指出大学物理教学中关于电磁学和狭义相对论的缺憾,并提出了可行的教学方案.由此可以使学生深化对电磁场的认识,同时深刻理解狭义相对论时空观的内在意义.     

狭义相对论时空观的教学探讨

当代大学生对相对论理论感兴趣,希望在广义相对论方面能进行深入的研究。然而狭义相对论原理是广义相对论理论的基础,同学们得先掌握狭义相对论理论。教学实践中发现,初学者常常不能很好地理解狭义相对论时空观。本文以两道典型的习题为例,分别基于K系和K′系来处理问题,分析事件发生的时空坐标,求解狭义相对论的时空问题。方法相互印证,使学生更容易掌握解决狭义相对论时空问题的方法。本文还提出了用相对论速度求解时空问题时容易忽视的问题,分析了错误产生的原因,并给出了正确的求解方法。     

关于狭义相对论时空观教学的探讨

狭义相对论的时空观是大学物理教学中的重点内容,而反映狭义相对论时空观的同时的相对性、动钟变慢和动杆收缩效应是教学的难点。本文首先通过分析学生学习的难点所在,解读狭义相对论时空观与经典力学时空观的本质区别,然后通过典型例题教学,巩固狭义相对论的时空概念,解决学生盲目地将原时、静长等时空概念与狭义相对论中的静系与动系机械对应的问题,从而使学生真正理解相对论的时空概念,理解狭义相对论的时空观。     

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     

大学物理教学中如何讲狭义相对论时空观

对狭义相对论时空观教学提出可行的教学方案,使学生既能够自然、轻松地理解狭义相对论时空观的主要内容,又能够体验爱因斯坦从平凡事件中发现非凡成果的物理思维过程.     

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.     

电磁学教学中对称性分析的积极意义

爱因斯坦狭义相对论的提出,导致对称性观念在物理学研究中占有重要地位,对称性要求对自然定律的形式是一条强有力的限制,对称性成为现代物理中的主角．阐述了对称性分析在电磁学教学中的积极意义。     

相对论的几何表述①

通俗地简介了微分几何的入门知识,对狭义相对论几何表述中的基本概念作了介绍.较详尽地用四维几何语言剖析了"尺缩"、"钟慢"和双子效应,对其中的某些误解作了澄清.还简介了广义相对论的入门知识,重点说明为什么引力是时空弯曲的表现.在澄清对等效原理的误解上也略费了笔墨.简介了狭义相对论和广义相对论的划界标准,明确指出双子佯谬纯属狭义相对论范畴.