庞加莱的狭义相对论之五 庞加莱与爱因斯坦

<正>爱因斯坦的狭义相对论之路,与我们从课本和传记中所了解的有很大差别。他发表于1905年的《论动体的电动力学》和《物体的惯性同它所含的能量有关吗》两篇经典论文,并非如传说中那样似乎是神来之笔,而是有清晰可见的洛伦兹和庞加莱的影子,是深受他们工作启发的创新成果。事实上,爱因斯坦直到1912年才真正理解庞加莱四维时空的赝欧几何结构,这成为他建立广义相对论的一个重要里程碑。本文还回顾了学术界对狭义相对论的接受史,试图回答庞加莱的贡献是如何在这一过程中被人遗忘的。最后,我们还介绍了庞加莱和爱因斯坦之间的互动和趣事。     

庞加莱于物理学的贡献

 两位华人数学家曹怀东、朱熹平最终破解了“庞加莱猜想”的报道，重新唤起了公众对“数学全才”庞加莱的关注。庞加莱的研究和贡献涉及数学的各个分支，例如函数论、代数拓扑学、阿贝尔函数和代数几何学、数论、代数学、微分方程、非欧几何、渐近级数、概率论等，当代数学不少研究课题都溯源于他的工作。孰不知，除了是一名数学家之外，庞加莱也是一位影响深远的物理学家，他的研究涉及到天文学、光理论、电磁理论、相对论等物理学分支。     

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.     

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.     

从洛伦兹的地方时间到爱因斯坦的相对论时间（Ⅱ）

从洛伦兹的地方时间到爱因斯坦的相对论时间（Ⅱ）孙礼煌（大庆石油学院物理教研室，黑龙江安达１５１４００）３洛伦兹变换的非相对论解释一般读者已熟悉相对论中的洛伦兹变换，那么按照洛伦兹原来的立场，应如何理解这一变换；这一理解也不会与庞加莱的观点相冲突。洛伦...     

庞加莱的狭义相对论之三 思想与观念

<正>庞加莱发表于1898年的《时间的测量》,1900年的《洛伦兹理论和作用与反作用力原理》,1902年的《科学与假设》,1904年的《数学物理的现状与未来》等四篇文章和书籍,不仅深刻地影响了同时代学者的思维方式,而且一百多年来也始终是普通知识分子了解和认识科学及科学哲学的经典文献。(1)他最先提出相对性原理,主张不存在所谓绝对空间和绝对运动,而只存在物体间的相对运动。(2)他最先提出光速不变原理,认为这是谈论异地同时性的基础。(3)他始终不相信以太的真实存在,认为那只是形而上学家的事情,即使作为说明现象的方便假定,也终有一天会被认为是没用的东西而遭抛弃。(4)他最先将洛伦兹为计算方便而引进的“对应态”和“局域时间”等辅助概念,     

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...     

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。     

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.     

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     

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.     

论狭义相对论的建立

主要从麦克斯韦的电磁理论、 迈克尔孙 莫雷实验和洛伦兹变换3个方面来阐述爱因斯坦创立狭义相 对论的重要基础. 并在此基础上, 通过爱因斯坦的论文、 信件、 演讲报告等资料阐述他本人对建立狭义相对论的描 述, 进一步加深对爱因斯坦狭义相对论的理解     

LHAASO观测对洛伦兹不变性破缺的检验前景

<正>爱因斯坦狭义相对论是现代物理的重要基石之一,在天文学乃至基础物理学领域中有着非常广泛的应用,因此检验狭义相对论基本假设(如洛伦兹不变性假设)的正确性具有基本物理意义。当地面实验室受到各种条件制约的时候,一些发生在宇宙学距离上的短时标的高能爆发现象无疑为我们提供了检验洛伦兹不变性假设的最佳实验平台。     

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…     

《相对论、宇宙与时空》连载③——爱因斯坦与狭义相对论(下)

7 突破绝对时空观 正当洛伦兹等人忙于研究相对于绝对空间运动的原子,在运动方向上发生收缩时,其内部结构会如何变化,内部的电荷分布会如何改变,内部的作用力会呈现何种状态的时候,爱因斯坦发表了他的相对论(狭义相对论).     

《相对论、宇宙与时空》连载——爱因斯坦与狭义相对论（下）

7突破绝对时空观 正当洛伦兹等人忙于研究相对于绝对空间运动的原子,在运动方向上发生收缩时,其内部结构会如何变化,内部的电荷分布会如何改变,内部的作用力会呈现何种状态的时候,爱因斯坦发表了他的相对论（狭义相对论）．     

从洛伦兹的地方时间到爱因斯坦的相对论时间（Ⅰ）

在相对论的创立过程中，洛伦兹是在一种根深蒂固的概念框架范围内工作。他的工作穷竭了这一概念框架之可能，并揭示了困难之所在。庞加莱最先领悟时间概念中固有的非确定因素，并指明了新理论的发展方向。爱因斯坦把时间概念建立在测量操作的基础上，从而创立了首尾一致的相对论理论。本文意图在于通过回顾历史来考察概念的发展，从而对相对论的基本思想有较深别的理解。     

利用狭义相对论计算洛伦兹力和安培力

随着对电磁现象研究的逐步深入,人们早已认识到磁现象来源于电荷的运动,磁场和电场是相互联系的统一体,称之为电磁场。本文根据狭义相对论中洛伦兹变换的基本原理,利用两个坐标系中静电力和电场的相对论变换,推导出洛伦兹力与库仑力、安培力之间关系,即洛伦兹力和安培力来源于电场力的相对论变换,从而更加有助于理解洛伦兹力的物理本质。