1樓:匿名使用者
狹義相對論是由愛因斯坦、洛侖茲和龐加萊等人創立的時空理論,是對牛頓時空觀的拓展和修正。牛頓力學是狹義相對論在低速情況下的近似。背景伽利略變換與電磁學理論的不自洽 到19世紀末,以麥克斯韋方程組為核心的經典電磁理論的正確性已被大量實驗所證實,但麥克斯韋方程組在經典力學的伽利略變換下不具有協變性。
而經典力學中的相對性原理則要求一切物理規律在伽利略變換下都具有協變性。邁克耳孫尋找以太的實驗 為解決這一矛盾,物理學家提出了「以太假說」,即放棄相對性原理,認為麥克斯韋方程組只對一個絕對參考系(以太)成立。根據這一假說,由麥克斯韋方程組計算得到的真空光速是相對於絕對參考系(以太)的速度;在相對於「以太」運動的參考系中,光速具有不同的數值。
實驗的結果——零結果 但斐索實驗和邁克耳孫-莫雷實驗表明光速與參考系的運動無關。該實驗結果否定了以太(ether)假說,表明相對性原理的正確性。洛倫茲把伽利略變換修改為洛倫茲變換,在洛倫茲變換下,麥克斯韋方程組具有相對性原理所要求的協變性。
洛倫茲的假說解決了上述矛盾,但他不能對洛倫茲變換的物理本質做出合理的解釋。隨後數學家龐加萊猜測洛倫茲變換和時空性質有關。愛因斯坦的狹義相對論愛因斯坦意識到伽利略變換實際上是牛頓經典時空觀的體現,如果承認「真空光速獨立於參考系」這一實驗事實為基本原理,可以建立起一種新的時空觀(相對論時空觀)。
在這一時空觀下,由相對性原理即可匯出洛倫茲變換。2023年,愛因斯坦發表**《論動體的電動力學》,建立狹義相對論,成功描述了在亞光速領域巨集觀物體的運動。狹義相對論的基本原理 光速不變原理。
在所有慣性系中,真空中的光速都等於c=1/根號(μ0ε0)=299 792 458 m/s(μ0:真空磁導率,ε0:真空介電常數),與光源運動無關。
邁克耳孫-莫雷實驗是其有力證明。狹義相對性原理。在所有慣性系中,物理定律有相同的表達形式。
這是力學相對性原理的推廣,它適用於一切物理定律,其本質是所有慣性系平權。狹義相對論,是僅描述平直線性的時空(指沒有引力的,即閔可夫斯基時空)的相對論理論。牛頓的時空觀認為運動空間是平直非線性的時空,可以用一個三維的速度空間來描述;時間並不是獨立於空間的單獨一維,而是空間座標的自變數。
狹義相對論同樣認為空間和時間並不是相互獨立的,而它們應該用一個統一的四維時空來描述,並不存在絕對的空間和時間。在狹義相對論中,整個時空仍然是平直線性的,所以在其中就存在「全域性慣性系」。狹義相對論將「真空中,光速為常數」作為基本假設,結合狹義相對性原理和上述時空的性質可以推出洛倫茲變換。
洛倫茲座標變換狹義相對論中,洛倫茲變換描述時空中兩個慣性參考系的時間、空間座標之間的變換關係的。它最早由洛倫茲從以太說推出,用以解決經典力學與經典電磁學間的矛盾(即邁克耳孫-莫雷實驗的零結果)。後被愛因斯坦用於狹義相對論。
時間膨脹(愛因斯坦延緩)當物體運動時,它內部所有一切的物理化學變化反應都會變慢的這種假說,就是時間膨脹 (簡稱時慢)。時慢假說認為等速運動的物體帶在身上的時鐘,用靜系觀察者的時鐘去測量,不論運動方向,測量結果動鍾都隨著運動速度增加而變慢.動系的時間膨漲率 = 洛倫茲因子,愛因斯坦利用畢氏定理以及假設光速對任何相對等速運動的觀察者都一樣就推論出:
動鍾計時值 t' = 靜鍾計時值t / 洛倫茲因子假如有一個絕對靜止系,顯然,我們就可以測得各種物體的絕對時慢。所以處於相對靜止系的我們,所得之一切時慢之觀測值,都是相對時慢的觀測值。例如由洛倫茲變換的假說去推論,在動系的觀察者就測量出靜系的時間膨漲:
t'= 洛倫茲因子 t, 同時也測量出靜系的長度縮收: x'=x/洛倫茲因子.注意:
這裡假設的時間膨漲率,絕非只因為多普勒效應讓時頻變低的視值。假設的時間膨漲率只跟受測物的相對速度有關,與近接或遠離的方向無關。遠離的多普勒效應時頻視值[fr=(c/(c+v'))f]是變慢的,但近接的多普勒效應時頻視值[fa=(c/(c-v'))f]是變快的。
按照 愛因斯坦延緩假說,對靜系觀察者來說不論近接或遠離,動系通過一段固定距離的時間都加長了. 也就是說通過那段固定距離的動系速度v'被靜系觀察者計算成比較慢的v, 慢率是洛倫茲因子, v=v'/洛倫茲因子. 所以靜系觀察者所測出的多普勒效應被愛因斯坦延緩假說修改成為:
fr=(c/(c+(v'/洛倫茲因子)))f 和 fa=(c/(c-(v'/洛倫茲因子)))f.長度收縮(洛倫茲收縮)洛倫茲收縮就是指當物體在運動時,在運動的那個軸向,會產生收縮。其收縮率,就是洛倫茲因子。
其它軸向的長度,並不會有影響.邁克耳孫-莫雷實驗那種實驗,就是洛倫茲收縮的最佳證明.當然,被洛倫茲收縮的人事物本身,並不會察覺到被收縮了;從靜系看來,動繫上的觀測者,就像拿著一根被收縮的尺,去測量被收縮的物體.
但是,因為絕對靜止系不可得,所以我們僅能測得相對短縮。因為我們不知道自己設定的靜止參考系,是否真的比我們要測的運動物體還要靜止。假如運動物體上面有個觀測者,他又設定他的慣性系才是靜止的,那我們就變成他的動繫了。
當他觀測我們時,我們才是被收縮一方的,而他是正常的一方。另外,洛倫茲收縮率,從移動電荷所產生的電場推遲的效應,也就可以推出來。高速運動電荷產生的電場形變之等勢面,因為電場傳播不是無限快,所以必定會產生推遲,所以它向四周散發出的電場之等勢面,就不再是正球面對稱了。
同時的相對性因為絕對靜止系不可得,所以各慣性系的觀測者,對於兩事件發生,僅能作出是否相對同時的判斷,而沒有辦法作出是否絕對同時的判斷,除非兩事件發生在同一時空點上。當慣性系中的觀測者,在對該系中的有距離之兩鍾,進行校時,他把同步訊號源放在兩鐘的正**,同步脈波呈球面對稱,半徑光速擴充套件,當鐘被同步波緣觸及時,即歸零 (或重置在相同的計時初值),此時兩鐘的計時步調,即相對同步計時,有時也簡稱相對同時。相對論質量m=m0/根號(1-v^2/c^2)m0指絕對質量(及牛頓力學中的質量),m為相對論質量 由公式可以看出,一個物質的速度v不可能到達或者超過光速,否則分母為一個虛數,不符合物理(光子沒有質量,因此其速度可以達到光速)。
而當v遠遠小於c時,m可以近似的等於m0,近似的符合牛頓力學。相對論力學在狹義相對論中牛頓第二定律f = ma並不成立,而下式卻仍然成立f=dp/dt相對論下的電效應——磁場與電場的統一實驗驗證 橫向多普勒效應實驗高速運動粒子壽命的測定攜帶原子鐘的環球飛行實驗
2樓:匿名使用者
馬赫和休謨的哲學對愛因斯坦影響很大。馬赫認為時間和空間的量度與物質運動有關。時空的觀念是通過經驗形成的。
絕對時空無論依據什麼經驗也不能把握。休謨更具體的說:空間和廣延不是別的,而是按一定次序分佈的可見的物件充滿空間。
而時間總是又能夠變化的物件的可覺察的變化而發現的。2023年愛因斯坦指出,邁克爾遜和莫雷實驗實際上說明關於「以太」的整個概念是多餘的,光速是不變的。而牛頓的絕對時空觀念是錯誤的。
不存在絕對靜止的參照物,時間測量也是隨參照系不同而不同的。他用光速不變和相對性原理提出了洛侖茲變換。創立了狹義相對論。
狹義相對論是建立在四維時空觀上的一個理論,因此要弄清相對論的內容,要先對相對論的時空觀有個大體瞭解。在數學上有各種多維空間,但目前為止,我們認識的物理世界只是四維,即三維空間加一維時間。現代微觀物理學提到的高維空間是另一層意思,只有數學意義,在此不做討論。
四維時空是構成真實世界的最低維度,我們的世界恰好是四維,至於高維真實空間,至少現在我們還無法感知。有一個例子,一把尺子在三維空間裡(不含時間)轉動,其長度不變,但旋轉它時,它的各座標值均發生了變化,且座標之間是有聯絡的。四維時空的意義就是時間是第四維座標,它與空間座標是有聯絡的,也就是說時空是統一的,不可分割的整體,它們是一種「此消彼長」的關係。
四維時空不僅限於此,由質能關係知,質量和能量實際是一回事,質量(或能量)並不是獨立的,而是與運動狀態相關的,比如速度越大,質量越大。在四維時空裡,質量(或能量)實際是四維動量的第四維分量,動量是描述物質運動的量,因此質量與運動狀態有關就是理所當然的了。在四維時空裡,動量和能量實現了統一,稱為能量動量四矢。
另外在四維時空裡還定義了四維速度,四維加速度,四維力,電磁場方程組的四維形式等。值得一提的是,電磁場方程組的四維形式更加完美,完全統一了電和磁,電場和磁場用一個統一的電磁場張量來描述。四維時空的物理定律比三維定律要完美的多,這說明我們的世界的確是四維的。
可以說至少它比牛頓力學要完美的多。至少由它的完美性,我們不能對它妄加懷疑。
相對論中,時間與空間構成了一個不可分割的整體——四維時空,能量與動量也構成了一個不可分割的整體——四維動量。這說明自然界一些看似毫不相干的量之間可能存在深刻的聯絡。在今後論及廣義相對論時我們還會看到,時空與能量動量四矢之間也存在著深刻的聯絡
3樓:科學有故事
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首次提出狹義相對論概念的科學家是哪一位?
4樓:老
狹義相對論的創立是在2023年,最先由愛因斯坦在**《論動體的電動力學》中提出,成功描述了在亞光速領域巨集觀物體的運動。
其實,狹義相對論在當時已經是呼之欲出的理論,狹義相對論的建立條件已經基本具備,除愛因斯坦,洛侖茲、龐加萊等人已經創立了這一概念。只是,當時年輕的愛因斯坦率先以非常「優美」、嚴謹的方式完整論證出了理論。這一論斷也有著名科普作家盧昌海在《小樓與大師》一書中進行了的論述。
5樓:匿名使用者
這個概念本身是愛因斯坦、洛侖茲和龐加萊等人創立的,但是真正的被提出是在2023年愛因斯坦的一篇名叫《論動體的電動力學》中。
狹義相對論的概念是什麼?
6樓:中地數媒
據此時間、空間、質量和運動都只具有相對的性質。一物體的度規長短、歷時久暫、質量大小、運動快慢,都只能相對於與之有關的它物而言。三維空間和一維時間之間可以相互轉換,消耗時間可以縮短里程,犧牲空間可以贏得時間。
在地球上看長為1米的東西,從加速飛行的宇宙飛船上看就不是1米,在高速前行的宇宙飛船中過1年,地球上可能已過了幾十年,著名的雙生子佯謬說的就是這個道理。物體運動速度越快,質量就越大,這就是所謂的鐘慢、尺縮、質增。
狹義相對論是否正確,狹義相對論是否被推翻呢??為什麼?
宇宙自然生命簡史,你的科普入門手冊丨科學聲音出品,必屬精品 在當今可接觸到的所有領域都是正確的,但以後隨著視野的拓展,它有可能在更大的範圍內出現偏差。狹義相對論有兩個前提,光速不變和物理定律在一切貫性系中不變 到目前,這兩個前提還未發現有錯,所以現在狹義相對論還是對的。但廣義相對論就不一定了,它與測...
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量子力學和相對論都以合自的方式解釋著宇宙的起源和變化及暗物質與能量。即矛盾又統一 一個圓裡有個小圓靠圓的內邊,就這樣的一個關係 廣義相對論和量子力學的矛盾在哪 廣義相對論和量子理論在各自的領域內都經受了無數的實驗檢驗,迄今為止,還沒有任何確切的實驗觀測與這兩者之一矛盾。有段時候,人們甚至認為生在這麼...
狹義相對論和廣義相對論是兩本書嗎?
1905年,愛因斯坦發表了狹義相對論的奠基性 論運動物體的電動力學 關於狹義相對論的基本原理,他寫道 下面的考慮是以相對性原理和光速不變原理為依據的,這兩條原理我們規定如下 1 物理體系的狀態據以變化的定律,同描述這些狀態變化時所參照的座標系究竟是用兩個在互相勻速移動著的座標系中的哪一個並無關係。2...