相对论吧 关注:84,917贴子:1,175,159
  • 12回复贴,共1

简单推导狭义相对论,科普向

只看楼主收藏回复

为什么要发表这样的贴子,因为我非常非常崇拜爱因斯坦,但碍于我的水平有限,所以只能发表这样的贴子;由于我没有接受过正规的物理训练,所以还请各位内行大佬多多包涵。
在介绍狭义相对论时,不会插入实验相关的图片,懒得弄图片了,虽然少了些直观的部分,但我会尽可能的关注简洁性和可读性,避免长篇大论,不举多余的例子。
其实狭义相对论基础的部分不需要什么数学和物理知识,只是其物理含义非常难理解,非常考验大家的想象力,如果初中生都能理解的话,那我身为一个成年人真是好生愚钝。


IP属地:上海1楼2022-09-25 11:43回复
    伽利略变换
    假设有两个惯性系 S系和S'系,反正都是两个惯性系了,所以就假设S系为静止系,S'系为运动系,O代表S系的原点,O'代表S'系的原点;P代表事件。
    简单介绍一下各个变量
    x——事件P在S系x轴上的位置 y——事件P在S系y轴上的位置 z——事件P在S系z轴上的位置 t——在S系上测量事件P的时刻
    x'——事件P在S'系x轴上的位置 y'——事件P在S'系y轴上的位置 z'——事件P在S'系z轴上的位置 t'——在S'系上测量事件P的时刻
    速度u——S'系相对于S系的速度
    介绍一下各个矢量
    矢量OP——绝对位矢 矢量O'P——相对位矢 矢量OO'——牵连位矢
    这些矢量是指位移,有方向和大小
    OP代表事件P在S系上的位移,O'P代表事件P在S系上的位移
    根据向量的三角形法则或平行四边形法则,可以得出
    正变换:{O'P = OP - OO' t' = t}
    逆变换:{OP = O'P + OO' t = t'}
    用分量形式表达一个矢量,如:OP = {x, y, z, t}
    假设S'系相对于S系只沿着x轴向右移动
    将上面的矢量式写成分量形式
    正变换:{x' = x - ut y' = y z' = z t' = t}
    逆变换:{x = x' + ut' y = y' z = z' t = t'}
    从上面的式子可以看出,变换坐标系,时间是不变的,距离只是简单的加减
    使 x' = x - ut 对时间进行求导,得出 Vx' = Vx - u,得到了速度变换公式;再继续求导,得出 a' = a。
    正变换:{Vx' = Vx - u Vy' = Vy Vz' = Vz}
    逆变换:{Vx = Vx' + u Vy = Vy' Vz = Vz'}
    速度也是简单的加减,而加速度是不变的。再来看看牛顿第二运动定律 F = ma,发现不管在S系中还是S'系中都具有相同的形式,这就是伽利略相对性原理。
    伽利略变换体现了当时的时空观,经典时空观,空间时间物质相互之间都是独立的,物质的运动不会改变空间和时间。


    IP属地:上海2楼2022-09-25 11:44
    回复
      波的传播方式
      波速=波长*频率
      一般来说机械波的传播需要介质,波在介质中的传播速度是各向同速的;波源静止,观察者靠近波源,波速和频率相对于观察者变大。在静止观察者看来,波源向观察者靠近时,波的频率变大,波长变短,波速不变。
      以太假说
      如果说光的传播需要介质的话,那么光相对于以太的速度为C。以太为静止系,地球为运动系,设光相对于地球的速度为V,地球相对于以太的速度为U。
      根据伽利略变换,应该满足这种情况:假设地球相对于以太向右运动;光相对于地球的横向速度:Vx = C - U,纵向速度:Vy = 根号(C^2 - U^2)。那么如何证明以太的存在呢?
      其实以太说是非常荒谬的,波在固体中的传播速度大于液体,大于气体,光速非常快,所以以太应该是一种刚性物质,宇宙中到处充满着这种刚性物质,很不合理。
      迈克尔逊莫雷实验
      这个实验想必大家已经很熟悉了,这里对实验器材的摆放不多做介绍了。
      分光镜与反光镜之间距离称为臂长,实验是区分“横臂”和“纵臂”的,并且横臂垂直于纵臂,横臂设为与运动系的x轴平行,纵臂设为与运动系的y轴平行,以太就是静止系,这样就搭建起了两个坐标系。
      设横臂长为L1,纵臂长为L2,并且L1 = L2
      光在横臂上来回走一次需要的时间:t1 = L1 / (c-u) + L1 / (c+u)
      光在纵臂上来回走一次需要的时间:t2 = 2*L2 / 根号(C^2 - U^2)
      时间差 Δt = t1 - t2 光程差为 C * Δt
      如果光程差不为0,那么就应该在屏幕上看见干涉条纹
      还可以将整个装置旋转90度,旋转后由于横臂和纵臂交换,所以新的式子如下:
      t1' = 2*L1 / 根号(C^2 - U^2)
      t2' = L2 / (c-u) + L2 / (c+u)
      时间差 Δt' = t1' - t2' 光程差为 C * Δt'
      两个时间差的变化量为 ΔT = Δt - Δt'
      如果想要看见干涉条纹移动,可以缓慢的转动整个装置,现在的目的只是想要看见干涉条纹移动,所以即使L1和L2不等长也没关系,调整L1或L2的长度;如果ΔT不为0,就应该看见干涉条纹移动。
      只要将L1和L2设置成差别较大,干涉条纹的移动量就会非常大,可是实验结果却显示0根条纹移动,在不同的季节反复测量,都测不到。
      实验否定了以太的存在,如果光是相对于以太各向同速的话,那么光就不可能相对于地球各向同速。
      结论:实验结果证明光相对于地球各向同速。


      IP属地:上海3楼2022-09-25 11:45
      收起回复
        IP属地:上海34楼2024-04-19 23:33
        回复
          单色光在透明玻璃、冰、水晶、钻石等物质中的速度,相对该物质不变,与光源运动无关,由物质决定。这在物理学里,这些物质称为光介质。爱因斯坦没找到光介质。在均匀稳定的介质中,任何机械波,波速都不变,这是波速不变原理。真空中机械波波速为0,也不变。真空中没有物理学!
          科学是客观规律,爱因斯坦理解的时间,是不同参照系“看”到的事件与时钟示数的比较,这是错误的。


          IP属地:吉林39楼2024-04-22 13:42
          回复
            你,没有真正理解狭义相对论的逻辑,搞的都是形式数学。


            IP属地:广东40楼2024-04-29 08:33
            回复
              很简单,爱因斯坦在发第一篇相对论论文的时候,并没有全面地建立起相对论力学框架,因此才会出现“看”,“相对论质量”这些类比经典力学的概念描述。
              这种类比,其实在数理逻辑推理中是常见操作,像牛顿的原理一开始也是以墙上固定绳索拉扯为例来向读者解释什么是“力”。


              IP属地:广东来自Android客户端41楼2024-04-30 18:50
              回复