狭义相对论的发展.doc
约19页DOC格式手机打开展开
狭义相对论的发展,页数：19字数：7587二 狭义相对论和洛仑兹变换开创了物理学的新纪元。然而随着科学迅猛发展，尤其是数学研究的深入，爱因斯坦当年用“列车”“光索”“事件”等概念来解释狭义相对论的四维空间的理论的观点，似乎显得有些陈旧。“列车”“光索”“事件”等一般来说都是宏观范畴的量值。为了开拓对粒子...
内容介绍
此文档由会员 Facebook 发布
狭义相对论的发展
页数：19 字数：7587
二 狭义相对论的发展 狭义相对论和洛仑兹变换开创了物理学的新纪元。然而随着科学迅猛发展，尤其是数学研究的深入，爱因斯坦当年用“列车”“光索”“事件”等概念来解释狭义相对论的四维空间的理论的观点，似乎显得有些陈旧。“列车”“光索”“事件”等一般来说都是宏观范畴的量值。为了开拓对粒子物理学的研究，必须要建交起以微观邻域为背景的四维时空观。然而，无论是宏观还是微观，对物质空间的描写都离不开度量，对物质空间的四维描写也应该和度量有关。因此认为有必要研究四维时空的度量关系，结果发现：如果把狭义相对论建立在度量关系的基础上，用度量变换的关系来解释狭义相对论，不仅可以使令人难以理解的狭义相对论变得浅近易懂，而且能把它开拓到平动以外的各种运动形态所描写的物理空间，如自旋空间，虚空间等等里去，使它在微观令域应用得更广泛，更深入。 （一）用度量的观来解释四维空间的变换。 用度量变换观点来解释狭义相对论的建立的要点如下： 1 ，每一个运动着的三维坐标系都有各自独立的一个三维空间度量和一维时间度量，构成四维度量。在同一个坐标系里，四维度量是不变的，这是因为在同一个坐标系里，能量的读数是连续不变的。在相对运动着的不同坐标系里，各自的四维度量应该是不同的，这也是因为在相对运动着的不同坐标系里，能量的读数是不同的缘故。然而，坐标系主要表现为数学的概念，而能量是客观存在的。为了保证坐标系之间能量特征（包括动能和势能的差值，等等）的连续性，一致性，坐标系之间的度量必须建立相应的变换关系。 2 ，速度的读数和坐标系四维度量有关。同一个运动质点，在不同的坐标系里因为坐标系四维度量的不同，速度的读数是不同的。定义了度量就确定了速度的读数。反而言之，确定了某个速度的读数也可以定义度量。在相对运动的各个坐标系之间，为了保证能量特征的连续性，一致性，还可以利用约定某种速度在各个运动着的坐标系里始终为恒量，借此来定义各个坐标系的度量，从而建立起相对运动坐标系之间度量变换的关系。物理学的历史传统正是这么传做的。按照传统的约定，在任何相对运动着的坐标系里，光速恒为C_。然而这仅仅是一种约定。依照此约定来定义相对运动着的坐标系的度量，找出它们的变换关系，可以验证这种变换关系即洛仑兹变换。这也就是说为什么四维时空的变换关系是洛仑兹变换呢？正是由于约定了光速恒为C。 3_，按照广义相对论的阐述，坐标系的度量应该和物质分布有关.而狭义相对论研究的是物质分布均匀的平度空间. 在平度空间里，或者在局部坐标系的局部邻域里，物质分布被认为是均匀的。因此同一方向的度量是一致的，度量空间是线性空间。在相对运动的坐标系之间，无论是平度空间，或者局部邻域的局部坐标系，度量的变换关系是线性变换。 4_，度量的变换和线度读数变换互为逆变换。 依此四点就可以假设在任一瞬时，在两个相对运动的局部坐标系里,可以假设如图：, , , , 由于光速
恒为C得到 比较系数得到： 解得： 对于局部坐标系的原点有 得到： ,这样得到的结果是在相对运动的局部坐标系局部邻域范围内，在任一个瞬时，它们之间的度量变换关系是洛仑兹变换。这推导过程是和狭义相对论中的推导过程完全一致的。不同的是假设的依据的前提不同，使得原来的四维读数换成了四维微分分量，并且建成立在“瞬时”。V_可以写成。所以用度量观点解释相对论更强调了洛仑兹变换的瞬时性，局部性，在局部坐标系之间，以致归缩到一点，洛仑兹变换依然成立。 要说明的是为什么每一个相对运动的坐标系都有各自不同的一个三维空间度量和一维时间度量呢？这是因为每一个质点，包括光量子都有各自确定的运动的能量。而从不同的运动坐标系观察同一种运动状态是有差异的，不同的。如果不同的坐标系只有同一种度量，而它们观察同一种质点的同一种运动的状态是不同的，这样就必然得到同一个质点的同一种运动状态，对应的能量读数不同的结论。这显然是违背了能量守恒的基本原理，违背了能量读数连续性原理。所以用度量观点来解释相对论的目的就是为了客观上反映宙宇中能量的守恒性和连续性。 问题在于现在用洛仑兹变换建立起来的度量变换关系是不是反映了能量的守恒性和连续性呢？回答是否的。洛仑兹变换从，实际上还须修改为_增加一个变分量，而变分量的时间平均值，使洛仑兹变换仍写作传统的形式，保证了在相对运动的坐标系里，光速始终为C。然而由于的存在，从不同的运动坐标系观察同一质点的同一种运动状态时，增加了一项时间平均值为0的振动位移。由于观察到了不同的振动能量，才使得不同的运动坐标系，观察同一种质点的同一种运动状态时，能量始终是守恒的连续的。具体分析如下： 由于洛仑兹变换得到： 得到： 这是相对作匀速运动坐标系里经过洛仑兹变换得到的同一种质点的能量读数之间的变换关系。其，分别为此质点在O系和O*系里的速度读数。 如果质点是光量子，则， 上式即为
此时两个坐标系的能量读数变换关系是： 从O*系观察此质点（光量子）的动能
从O系观察此质点（光量子）的动能 从O系观察O*系中静止质点的动能 O*系的动能读数变换到O系后的读数 从O系观察此质点动能的读数又应该等于从O*系观察到O*系里静止质点的动能与变换到O系的能量读数之和，即 按照动能守恒性与连续性原则，从O系观察此质点（光量子）的动能读数是唯一的，应该等于。但实际上运算得到只有在洛仑兹变换把改变成，从O系考察此质点（光量子）产生了一个平均位移为0的振动。设振动能量为，则_，对光量子来说有：， 若从O*系观察此质点（光量子）已经有振动能量*，则从O系观察此质点（光量子）的振动能量 两个相对匀速运动的坐标系之间的能量读数变换是洛仑兹变换，而考察它们的动能时，必须结合两个坐标系观察到的运动状态来进行分析。从O系
页数：19 字数：7587
二 狭义相对论的发展 狭义相对论和洛仑兹变换开创了物理学的新纪元。然而随着科学迅猛发展，尤其是数学研究的深入，爱因斯坦当年用“列车”“光索”“事件”等概念来解释狭义相对论的四维空间的理论的观点，似乎显得有些陈旧。“列车”“光索”“事件”等一般来说都是宏观范畴的量值。为了开拓对粒子物理学的研究，必须要建交起以微观邻域为背景的四维时空观。然而，无论是宏观还是微观，对物质空间的描写都离不开度量，对物质空间的四维描写也应该和度量有关。因此认为有必要研究四维时空的度量关系，结果发现：如果把狭义相对论建立在度量关系的基础上，用度量变换的关系来解释狭义相对论，不仅可以使令人难以理解的狭义相对论变得浅近易懂，而且能把它开拓到平动以外的各种运动形态所描写的物理空间，如自旋空间，虚空间等等里去，使它在微观令域应用得更广泛，更深入。 （一）用度量的观来解释四维空间的变换。 用度量变换观点来解释狭义相对论的建立的要点如下： 1 ，每一个运动着的三维坐标系都有各自独立的一个三维空间度量和一维时间度量，构成四维度量。在同一个坐标系里，四维度量是不变的，这是因为在同一个坐标系里，能量的读数是连续不变的。在相对运动着的不同坐标系里，各自的四维度量应该是不同的，这也是因为在相对运动着的不同坐标系里，能量的读数是不同的缘故。然而，坐标系主要表现为数学的概念，而能量是客观存在的。为了保证坐标系之间能量特征（包括动能和势能的差值，等等）的连续性，一致性，坐标系之间的度量必须建立相应的变换关系。 2 ，速度的读数和坐标系四维度量有关。同一个运动质点，在不同的坐标系里因为坐标系四维度量的不同，速度的读数是不同的。定义了度量就确定了速度的读数。反而言之，确定了某个速度的读数也可以定义度量。在相对运动的各个坐标系之间，为了保证能量特征的连续性，一致性，还可以利用约定某种速度在各个运动着的坐标系里始终为恒量，借此来定义各个坐标系的度量，从而建立起相对运动坐标系之间度量变换的关系。物理学的历史传统正是这么传做的。按照传统的约定，在任何相对运动着的坐标系里，光速恒为C_。然而这仅仅是一种约定。依照此约定来定义相对运动着的坐标系的度量，找出它们的变换关系，可以验证这种变换关系即洛仑兹变换。这也就是说为什么四维时空的变换关系是洛仑兹变换呢？正是由于约定了光速恒为C。 3_，按照广义相对论的阐述，坐标系的度量应该和物质分布有关.而狭义相对论研究的是物质分布均匀的平度空间. 在平度空间里，或者在局部坐标系的局部邻域里，物质分布被认为是均匀的。因此同一方向的度量是一致的，度量空间是线性空间。在相对运动的坐标系之间，无论是平度空间，或者局部邻域的局部坐标系，度量的变换关系是线性变换。 4_，度量的变换和线度读数变换互为逆变换。 依此四点就可以假设在任一瞬时，在两个相对运动的局部坐标系里,可以假设如图：, , , , 由于光速
恒为C得到 比较系数得到： 解得： 对于局部坐标系的原点有 得到： ,这样得到的结果是在相对运动的局部坐标系局部邻域范围内，在任一个瞬时，它们之间的度量变换关系是洛仑兹变换。这推导过程是和狭义相对论中的推导过程完全一致的。不同的是假设的依据的前提不同，使得原来的四维读数换成了四维微分分量，并且建成立在“瞬时”。V_可以写成。所以用度量观点解释相对论更强调了洛仑兹变换的瞬时性，局部性，在局部坐标系之间，以致归缩到一点，洛仑兹变换依然成立。 要说明的是为什么每一个相对运动的坐标系都有各自不同的一个三维空间度量和一维时间度量呢？这是因为每一个质点，包括光量子都有各自确定的运动的能量。而从不同的运动坐标系观察同一种运动状态是有差异的，不同的。如果不同的坐标系只有同一种度量，而它们观察同一种质点的同一种运动的状态是不同的，这样就必然得到同一个质点的同一种运动状态，对应的能量读数不同的结论。这显然是违背了能量守恒的基本原理，违背了能量读数连续性原理。所以用度量观点来解释相对论的目的就是为了客观上反映宙宇中能量的守恒性和连续性。 问题在于现在用洛仑兹变换建立起来的度量变换关系是不是反映了能量的守恒性和连续性呢？回答是否的。洛仑兹变换从，实际上还须修改为_增加一个变分量，而变分量的时间平均值，使洛仑兹变换仍写作传统的形式，保证了在相对运动的坐标系里，光速始终为C。然而由于的存在，从不同的运动坐标系观察同一质点的同一种运动状态时，增加了一项时间平均值为0的振动位移。由于观察到了不同的振动能量，才使得不同的运动坐标系，观察同一种质点的同一种运动状态时，能量始终是守恒的连续的。具体分析如下： 由于洛仑兹变换得到： 得到： 这是相对作匀速运动坐标系里经过洛仑兹变换得到的同一种质点的能量读数之间的变换关系。其，分别为此质点在O系和O*系里的速度读数。 如果质点是光量子，则， 上式即为
此时两个坐标系的能量读数变换关系是： 从O*系观察此质点（光量子）的动能
从O系观察此质点（光量子）的动能 从O系观察O*系中静止质点的动能 O*系的动能读数变换到O系后的读数 从O系观察此质点动能的读数又应该等于从O*系观察到O*系里静止质点的动能与变换到O系的能量读数之和，即 按照动能守恒性与连续性原则，从O系观察此质点（光量子）的动能读数是唯一的，应该等于。但实际上运算得到只有在洛仑兹变换把改变成，从O系考察此质点（光量子）产生了一个平均位移为0的振动。设振动能量为，则_，对光量子来说有：， 若从O*系观察此质点（光量子）已经有振动能量*，则从O系观察此质点（光量子）的振动能量 两个相对匀速运动的坐标系之间的能量读数变换是洛仑兹变换，而考察它们的动能时，必须结合两个坐标系观察到的运动状态来进行分析。从O系
