爱因斯坦狭义相对论
一、牛顿时空观与力学相对性原理
牛顿力学的基础是牛顿时空观。这种时空观的本质是把时间和空间看成与物质及其运动无关的独立存在。牛顿在《自然哲学的数学原理》中写道:“绝对的、真正的和数学的时间……由于其本性而在均匀地,与任何其它外界事物无关地流逝着”,“绝对的空间,就其本性而言,是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的”。牛顿声称自己所研究的运动就是在“绝对空间”和“绝对时间”中进行的“绝对运动”。只有以绝对时间和绝对空间作为量度运动的参照系,或者以其他做绝对运动的物体(系统)为参照系,惯性定律才成立。这样的参照系就是惯性系。
在经典力学中联系两个惯性系S和S′(只在X方向有相对速度μ)之间的坐标变换是伽利略变换:
在这种变换下,物体的长度、两事件之间的时间间隔是绝对的,即相对不同参照系其数值是不变的。因而同时性也是绝对的,即在某一参照系不同地点同时发生的两个事件,相对于另一参照系也是同时发生的。时间间隔和同时性的绝对性,从伽利略变换看是不言而喻的。为说明物体长度的绝对性,我们来看一把沿X轴旋转的尺的长度的量度。设尺静止在S′上,在该系中其长度:L′=X2′-X1′
相对S系,尺在运动,由伽利略变换,尺和长度满足:
L=X2-X1=(X2′-μt1)-(X1′-μt2)=X2′-X1′=L′
在伽利略变换下,物体的位置和速度则是相对的。例如,沿X方向的运动速度之间满足相加法则:V′=V-μ 或 V=V′+μ
而物体的加速度相对不同惯性系又是不同的,即:a′=a
两物体的相对位置和相对速度也不因惯性系不同而改变,而力通常是两物体相对位置和相对速度的函数,质量在牛顿力学中被认为是与运动无关的恒量,于是牛顿运动定律的形式在不同惯性系下保持不变。这就是力学相对性原理。
在以伽利略相对性原理为基础的经典力学中,我们要得到了这样的结论:时间和空间是绝对的、相互分离的;物体的大小与惯性参考系无关;时间的流逝不因惯性运动而改变;不同地点的同时性是绝对不变的。
一、牛顿时空观与力学相对性原理
牛顿力学的基础是牛顿时空观。这种时空观的本质是把时间和空间看成与物质及其运动无关的独立存在。牛顿在《自然哲学的数学原理》中写道:“绝对的、真正的和数学的时间……由于其本性而在均匀地,与任何其它外界事物无关地流逝着”,“绝对的空间,就其本性而言,是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的”。牛顿声称自己所研究的运动就是在“绝对空间”和“绝对时间”中进行的“绝对运动”。只有以绝对时间和绝对空间作为量度运动的参照系,或者以其他做绝对运动的物体(系统)为参照系,惯性定律才成立。这样的参照系就是惯性系。
在经典力学中联系两个惯性系S和S′(只在X方向有相对速度μ)之间的坐标变换是伽利略变换:
在这种变换下,物体的长度、两事件之间的时间间隔是绝对的,即相对不同参照系其数值是不变的。因而同时性也是绝对的,即在某一参照系不同地点同时发生的两个事件,相对于另一参照系也是同时发生的。时间间隔和同时性的绝对性,从伽利略变换看是不言而喻的。为说明物体长度的绝对性,我们来看一把沿X轴旋转的尺的长度的量度。设尺静止在S′上,在该系中其长度:L′=X2′-X1′
相对S系,尺在运动,由伽利略变换,尺和长度满足:
L=X2-X1=(X2′-μt1)-(X1′-μt2)=X2′-X1′=L′
在伽利略变换下,物体的位置和速度则是相对的。例如,沿X方向的运动速度之间满足相加法则:V′=V-μ 或 V=V′+μ
而物体的加速度相对不同惯性系又是不同的,即:a′=a
两物体的相对位置和相对速度也不因惯性系不同而改变,而力通常是两物体相对位置和相对速度的函数,质量在牛顿力学中被认为是与运动无关的恒量,于是牛顿运动定律的形式在不同惯性系下保持不变。这就是力学相对性原理。
在以伽利略相对性原理为基础的经典力学中,我们要得到了这样的结论:时间和空间是绝对的、相互分离的;物体的大小与惯性参考系无关;时间的流逝不因惯性运动而改变;不同地点的同时性是绝对不变的。