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     

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     

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.     

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。     

从引力场方程的建立到引力波的直接探测

1引力场方程的建立1905年,爱因斯坦在对时间概念经过长久思考后,提出了两个基本公设:(1)相对性原理(伽利略的相对性原理的推广):物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式.(2)光速不变原理:在所有的惯性系中,光在真空中的速度c是恒定的,它不依赖于发光物体的运动速度.在此基础上,建立了狭义相对论.1905年后,爱因斯坦企图把引力现象归纳在狭义相对论的范畴之     

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.     

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.     

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．     

万有引力定律的狭义相对论形式

万有引力定律的狭义相对论形式收稿日期：１９９７年１０月２５日李武钢（梧州师专物理系贺州市５７４０００）牛顿的重要贡献之一是发现万有引力定律。牛顿的万有引力定律是经典的，即非相对论的。对于物体在高速运动的条件下（狭义相对论范畴。注：本文不涉及广义相...     

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。     

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…     

走向统一的自然力爱因斯坦：试图统一电磁力和引力未能如愿(Ⅲ)

 狭义相对论具有两个局限性:一是,它只对那些以恒定速度相对运动的惯性坐标系有效;另一是,尽管这个理论与描述电磁场的麦克斯韦方程组是兼容的,但它与牛顿万有引力定律并不兼容。     

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。     

快度在狭义相对论中的应用

双曲函数不仅是一种数学表达形式,同时在粒子物理中也有非常广泛的应用.快度是双曲空间中一个虚构的角度,通过数学代换方法,可将狭义相对论中的速度变换公式表述成一个简单的双曲旋转,这一旋转角度就是快度.快度与速度变换中的β因子有关.本文详细推导了这一代换过程,给出快度与β因子的具体关系以及快度在能量和动量的表现形式.快度有非常丰富的物理意义,它不仅能把狭义相对论在双曲空间中表现为一种更加简单直观的形式,而且其本身蕴含粒子能量和动量的信息,在高能物理中也被科学家广泛应用.     

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     

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。     

《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?     

惯性原理及其宇宙起源(上)

 常言说得好,没有规矩,不成方圆。没有基准,也就失去依据。什么是引进物理量和描述物理规律的规矩和基准呢?在力学和物理学中,惯性原理即对于惯性观测者以惯性运动和惯性系为基础的相对性原理,对于力学量和物理量的引进、力学和物理规律的描述,起着十分重要的基准作用。对于与空间、时间,其中物质和运动直接相关的力学量和物理量,以及相应的力学和物理规律而言,至少在引力相互作用可以不考虑的情形中是这样。事实上,惯性原理的这一基准作用,在牛顿力学和狭义相对论中都非常突出。早在我国汉代就有记载:“地恒动而人不知,譬如闭舟而行不觉舟之运也。”