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。