简谈狭义相对论的基本原理

简谈狭义相对论的基本原理 班级: 姓名: 学号: 摘要:物质在相互作用中作永恒的运动，没有不运动的物质，也没有无物质的运动，由于物质是在相互联系，相互作用中运动的，因此，必须在物质的相互关系中描述运动，而不可能孤立的描述运动。也就是说，运动必须有一个参考物，即必须在某一个参考系下描述运动。 关键词: 原理 相对性 狭义相对论 爱因斯坦理论 一、相对性原理的发展史 早期人们对相对性原理的认识起源于运动的相对性。最早记载运动相对性的是我国东汉(公元25~220)时期的《尚书纬•考灵曜》，书中指出“地恒动不止而人不知，譬如人在大舟中，闭牖而坐，舟行而不觉也。”之后，西方也出现过类似的记载。R•笛卡儿、惠更斯以及G•伽利略等人也都明确提出了运动具有相对性的观点，其中以G • 伽利略在1632年为捍卫哥白尼的“地球运动说”所撰写的《关于托勒密和哥白尼两大世纪体系的对话》中所论述的最为详细，书中写到:“船停着不动时，你留神观察:小虫都以等速向舱内各方向飞行;„„;你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不必比另一方向用更多的力;你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相等。„„再使船以任何速度前进，只要运动是匀速的，也不忽左忽右地摆动，你将发现，所有上述现象丝毫没有变化，你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动。”这明在一个系统内做任何力学实验，不能决定这个系统是静止还是作匀速直线运动，同时也很清楚地说明了力学规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式，或者说在所有惯性系中，力学规律都是绝对的，这就是力学相对性原理。 二、狭义相对论的基本原理 狭义相对论的基本原理包括两方面内容: 1.狭义相对性原理:一切物理规律在任何惯性系中都具有相同的形式。即:物理定律与惯性系的选择无关，对物理定律来说，所有惯性系都是等价的。 2.光速不变原理:在所有惯性系中，光在真空中的速率相同，与惯性系之间的相对运动无关，也与光源、观察者的运动无关。 物质在相互作用中作永恒的运动，没有不运动的物质，也没有无物质的运动，相对性原理比较自然，所有惯性参照系(静止或匀速直线运动的参照系)中物理定律相同，因此都可以说是静止的。所以不同的惯性参照系中对同一个物体的速度是不同的。光速不变原理是所有惯性参照系中真空中的光速不变。这两个原理似乎是矛盾的。但仔细看看并不矛盾。光速不变原理是电磁理论中的定律，而相对性原理说所有惯性参照系中物理定律相同，所以光速也应该是不变的。狭义相对论就是系统地贯彻这两个原理而得到的。例如钟慢效应，尺缩效应等等。 我们应明确几点:1. 爱因斯坦的理论是牛顿理论的发展;2.光速不变否定了绝对时空概念。不存在绝对运动或绝对静止。光速不变也与伽利略的速度相加原理是不相容的。3.爱因斯坦理论带来了观念上的变化。 牛顿力学:时间、长度、质量的测量均与参照系无关。 狭义相对论力学:时间、长度、质量测量的相对性，与参照系有关。 我们不应当以适用于低速情况的伽利略变换为根据去讨论光速应该如何如何，而应当反过来，用光速不变这个实验提供的事实作为前提和基础，去讨论正确的时空变换。 由于物质是在相互联系，相互作用中运动的，因此，必须在物质的相互关系中描述运动，而不可能孤立的描述运动。也就是说，运动必须有一个参考物，即必须在某一个参考系下描述运动。 伽利略曾经指出，运动的船与静止的船上的运动不可区分，也就是说，当你在封闭的船舱里，与外界完全隔绝，那么即使你拥有最发达的头脑，最先进的仪器，也无从感知你的船是匀速运动，还是静止。更无从感知速度的大小，因为没有参考。比如，不知道整个宇宙的整体运动状态，因为宇宙是封闭的。爱因斯坦将其引用，作为狭义相对论的第一个基本原理:狭义相对性原理。其内容是:惯性系之间完全等价，不可区分。 著名的麦克尔逊--莫雷实验彻底否定了光的以太学说，得出了光与参考系无关的结论。也就是说，无论你站在地上，还是站在飞奔的火车上，测得的光速都是一样的。这就是狭义相对论的第二个基本原理，光速不变原理。 参考文献: 1.(美)伍德豪斯 著 《狭义相对论》 清华大学出版社 2.(美)爱因斯坦 著 杨润殷译 《狭义与广义相对论浅说》 北京大学出版社 3.(美)阿尔伯特?爱因斯坦 著 《相对论》 重庆出版社