愛因斯坦創立狹義相對論的基本思考線索是什麼?其思想的獨特性表

2021-03-22 05:42:20 字數 1993 閱讀 7756

1樓:匿名使用者

愛因斯坦正是思考物體接近光速運動會發生什麼現象,從而發現相對論,其線索是當時無法解釋光的波動性,和高速粒子運動規律是洛倫茲公式,而非牛頓公式。

其獨特性表現在顛覆傳統定義,修改時間(鐘慢)和距離(尺縮),以保證假設光速不變的條件成立。

狹義相對論基本原理

物質在相互作用中作永恆的運動,沒有不運動的物質,也沒有無物質的運動,由於物質是在相互聯絡,相互作用中運動的,因此,必須在物質的相互關係中描述運動,而不可能孤立的描述運動。也就是說,運動必須有一個參考物,這個參考物就是參考系。

伽利略曾經指出,運動的船與靜止的船上的運動不可區分,也就是說,當你在封閉的船艙裡,與外界完全隔絕,那麼即使你擁有最發達的頭腦,最先進的儀器,也無從感知你的船是勻速運動,還是靜止。更無從感知速度的大小,因為沒有參考。比如,我們不知道我們整個宇宙的整體運動狀態,因為宇宙是封閉的。

愛因斯坦將其引用,作為狹義相對論的第一個基本原理:狹義相對性原理。其內容是:

慣性系之間完全等價,不可區分。

著名的麥克爾遜·莫雷實驗徹底否定了光的以太學說,得出了光與參考系無關的結論。也就是說,無論你站在地上,還是站在飛奔的火車上,測得的光速都是一樣的。這就是狹義相對論的第二個基本原理:

光速不變原理。

由這兩條基本原理可以直接推匯出相對論的座標變換式,速度變換式等所有的狹義相對論內容。比如速度變幻,與傳統的法則相矛盾,但實踐證明是正確的,比如一輛火車速度是10m/s,一個人在車上相對車的速度也是10m/s,地面上的人看到車上的人的速度不是20m/s,而是(20-10^(-15))m/s左右。在通常情況下,這種相對論效應完全可以忽略,但在接近光速時,這種效應明顯增大,比如,火車速度是0.

99倍光速,人的速度也是0.99倍光速,那麼地面觀測者的結論不是1.98倍光速,而是0.

999949倍光速。車上的人看到後面的射來的光也沒有變慢,對他來說也是光速。因此,從這個意義上說,光速是不可超越的,因為無論在那個參考系,光速都是不變的。

速度變換已經被粒子物理學的無數實驗證明,是無可挑剔的。正因為光的這一獨特性質,因此被選為四維時空的唯一標尺。

狹義相對論效應

根據狹義相對性原理,慣性系是完全等價的,因此,在同一個慣性系中,存在統一的時間,稱為同時性,而相對論證明,在不同的慣性系中,卻沒有統一的同時性,也就是兩個事件(時空點)在一個慣性系內同時,在另一個慣性系內就可能不同時,這就是同時的相對性,在慣性系中,同一物理過程的時間程序是完全相同的,如果用同一物理過程來度量時間,就可在整個慣性系中得到統一的時間。在今後的廣義相對論中可以知道,非慣性系中,時空是不均勻的,也就是說,在同一非慣性系中,沒有統一的時間,因此不能建立統一的同時性。

相對論匯出了不同慣性系之間時間進度的關係,發現運動的慣性系時間進度慢,這就是所謂的鐘慢效應。可以通俗的理解為,運動的鐘比靜止的鐘走得慢,而且,運動速度越快,鍾走的越慢,接近光速時,鍾就幾乎停止了。

尺子的長度就是在一慣性系中"同時"得到的兩個端點的座標值的差。由於"同時"的相對性,不同慣性系中測量的長度也不同。相對論證明,在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短,這就是所謂的尺縮效應,當速度接近光速時,尺子縮成一個點。

由以上陳述可知,鐘慢和尺縮的原理就是時間進度有相對性。也就是說,時間進度與參考系有關。這就從根本上否定了牛頓的絕對時空觀,相對論認為,絕對時間是不存在的,然而時間仍是個客觀量。

比如在下期將討論的雙生子理想實驗中,哥哥乘飛船回來後是15歲,弟弟可能已經是45歲了,說明時間是相對的,但哥哥的確是活了15年,弟弟也的確認為自己活了45年,這是與參考系無關的,時間又是"絕對的"。這說明,不論物體運動狀態如何,它本身所經歷的時間是一個客觀量,是絕對的,這稱為固有時。也就是說,無論你以什麼形式運動,你都認為你喝咖啡的速度很正常,你的生活規律都沒有被打亂,但別人可能看到你喝咖啡用了100年,而從放下杯子到壽終正寢只用了一秒鐘。

狹義相對論小結

相對論要求物理定律要在座標變換(洛倫茲變化)下保持不變。經典電磁理論可以不加修改而納入相對論框架,而牛頓力學只在伽利略變換中形勢不變,在洛倫茲變換下原本簡潔的形式變得極為複雜。因此經典力學與要進行修改,修改後的力學體系在洛倫茲變換下形勢不變,稱為相對論力學。

愛因斯坦是怎麼建立狹義相對論的,愛因斯坦狹義相對論具體內容是什麼?要具體的

1905年暮春的一個夜晚,愛因斯坦正躺在床上,突然一個思想閃過他的腦海 對於一個觀測者來說是同時發生的事件,對另一個觀測者不見得是同時。他一骨碌從床上爬起來,抓住這個靈感不放,終於找到了解決問題的鑰匙,那就是時間的相對性。愛因斯坦設想了這樣一個實驗,有一列勻速行駛的火車開進車站,當車頭a 和車尾b ...

狹義相對論的問題

這位朋友,我簡單說說我的看法。1,當你乘坐火箭回到地球上後,你看起來的確比你的朋友要年輕。2,在相對論框架下,提到時間,首先要明確時間的參考系。要明確是你的時間還是你朋友的時間,對於不同的參考系,時間有可能是不同的。你在火箭中旅行的過程中,你不會覺得時間過得很慢,你會感覺一切正常,因為你認為你自己是...

關於狹義相對論的一些問題,關於狹義相對論的問題

不可能,這個一定是你理解錯誤。鐘慢效應與運動方向無關,不管遠離還是靠近都是變慢。或者這本科普作者不懂相對論。至於雙生子佯謬。兩個慣性系的鐘慢效果是相互的。也就是運動過程中a發現b慢了,b發現a慢了。這個過程兩人是無法比較時間達成共識的,必須到同一點進行比較。假設a不動,而b原路返回。在b轉彎的時候這...