如何理解狹義相對論的相對性及洛倫茲轉換

2022-12-19 16:06:13 字數 4990 閱讀 5274

1樓:紫月開花

狹義相對論是牛頓經典力學和電動力學的推廣,它將慣性系中的物理定律寫成洛倫茲協變形式。通過引入狹義相對性原理和光速不變原理匯出洛倫茲變換式,再以洛倫茲變換式為基礎推匯出狹義相對論的全部定量結論,包括鐘慢效應,尺縮效應,質能方程,相對論質量,速度疊加,光的多普勒效應等。狹義相對論顛覆了牛頓理論的絕對時空觀,狹義相對論認為不存在一個絕對參考系,在這個參考系內得出的結論地位高於其它參考系。

廣義相對論的實質是引力幾何化。

廣義相對論將引力描述成彎曲的時空而不是一種力,其影響在於使自由粒子的運動軌跡從直線變成非直線。當然兩者都叫做測地線,滿足測地線方程。當沒有引力時測地線方程退化為直線方程,擁有引力時由於黎曼曲率張量非零,度規分量不再是常數,克氏符變得非0使得測地線方程中的克氏符項不為0從而無法變成直線方程。

廣義相對論的核心是引力場方程,一個2階非線性偏微分方程組

2樓:匿名使用者

a的時間慢還是b的時間慢,這取決於你站在哪個參考系來看問題。站在a的角度看,b在高速運動,所以相對a來說,b的時間變慢了,時間的參考標準是a。而站在b的角度看,a在高速運動,所以相對b來說,a的時間變慢了,時間的參考標準是b。

記住快和慢是相對的,都是相對某一個參考系而言,另一個參考系是快還是慢。當參考系不同的時候,結論當然會發生變化,這是很正常的事情。

闡述你對相對論的認識,以及對洛倫茲變化的深刻理解

3樓:

沒有太多這方面的經驗,有點難度

4樓:匿名使用者

[對相對論的認識就是對於時空的描述完全以幾何形式來展現,不管是狹義相對論還是廣義相對論,都服從黎曼幾何的描述。至於對於洛倫茲協變,本質上只是形式上的變化,也就是參考系的選擇問題,而且對洛倫茲變換分析,可知自然界的物質不可能超越光速,如果超越光速,那麼洛倫茲協變就會被破壞,四維時空也就不再成立,相對性原理將不在有效。根據實驗已經這些都是正確的。

所以被破壞是不會的。而且洛倫茲變換是跟電動力學相吻合的,這更加證明了二者的對稱性。不明白可以來問。

怎麼理解狹義相對論?

狹義相對論中洛倫茲變換知怎麼推出來的

5樓:命運終點

設想有兩個慣性座標系s系、s'系,s'系的原點o'相對s系的原點o以速率v沿x軸正方向運動。任意一事件在s系、s'系中的時空座標分別為(x,y,z,t)、(x',y',z',t')。t、t'分別是s系和s'系時刻。

兩慣性座標系重合時,分別開始計時.

若x= 0,則x'+vt' =0。這是變換須滿足的一個必要條件,故猜測任意一事件的座標從s'繫到s系的變換為

x=γ(x'+vt') (1)

式中引入了常數γ,命名為洛倫茲因子。

引入相對性原理,即不同慣性系的物理方程的形式應相同。故上述事件座標從s繫到s'系的變換為

x'=γ(x-vt) (2)

y與y'、z與z'的變換可以直接得出,即

y'=y (3)

z'=z (4)

把(2)代入(1),解t'得

t'=γt +(1-γ2) x/γv (5)

在上面推導的基礎上,引入光速不變原理,以尋求γ的取值。

由重合的原點o(o')發出一束沿x軸正方向的光,設光束的波前座標為(x,y,z,t)、(x',y',z',t')。根據光速不變原理,有

x=ct (6)

x'=ct' (7)

相對論的光速不變原理得出:座標值x等於光速c乘時刻t,座標值x'等於光速c乘時刻t'。(1)(2)相乘得

xx'=γ2(xx'-x'vt+xvt'-v2tt') (8)

以波前這一事件作為物件,則(8)寫成

xx'=γ2(xx'-x'vt+xvt'-v2tt') (9)

(6)(7)代入(9),化簡得洛倫茲因子

γ= (1-(v/c)2)-1/2 (10)

(10)代入(5),化簡得

t'=γ(t-vx/c2) (11)

把(2)、(3)、(4)、(11)放在一起,即s繫到s'系的洛倫茲變換

x'=γ(x-vt),

y'=y,

h.a.洛倫茲

z'=z,

t'=γ(t-vx/c2) (12)

根據相對性原理,由(12)得s'繫到s系的洛倫茲變換

x=γ(x'+vt'),

y=y',

z=z',

t=γ(t'+vx'/c2) (13)

如何理解狹義相對論中長度的相對性

6樓:幸運的

長度收縮效應,又稱尺縮效應,是物理學理論。在某一個運動的參考系中,對一根沿運動方向放置且相對於此參考系靜止的棒的長度要比在一個靜止的參考系中測得的此棒的長度短一些。這種情況被叫做長度收縮效應,或尺縮效應。

這個效應顯示了空間的相對性。對於同一個物體,在相對於該物體運動的參考系中,沿運動方向測量它的長度,所得的結果要比在相對於該物體靜止的參考系中測得的同方向長度短一些。這種情況被叫做長度收縮效應。

從阿爾伯特·愛因斯坦的狹義相對論的「相對性原理」和「光速不變原理」可推匯出長度收縮效應,它顯示了空間性的相對性。長度收縮效應不但導致物體之間位置和方向的非確定性,還導致物體體積和密度等物理量的可變性。物體在其運動方向上發生長度收縮是相對論時空觀的必然結果,與物體的內部結構無關。

所有相對於觀察者運動的物體,在其運動方向上都要發生同等程度的收縮。

由此,我們得出結論:當一個物體對於某參照系是靜止的時候,就這個參照系來看,物體長度最大。沿垂直於運動方向時,長度則不發生變化。

這種長度收縮的現象是真實的嗎?這是不容懷疑的。不但運動的物體沿運動的方向產生收縮,而且收縮遵循著一定規律。

這些都已從實際現象中得到證實。我們平時看不到這種收縮現象,是由於在低速緩慢的運動中,這種現象是不顯著的。例如,即使物體運動速度達到每秒3 萬公里,長度的收縮也不過是千分之五。

但是當物體運動速度接近光速時,情況就不同了,這時候長度的收縮非常顯著。靜止的時候,一米長的尺,沿相對運動方向的長度就會收縮成幾釐米。如果物體速度變得就等於光速,那麼長度就會縮減成零。

然而,這是不可能的。這一點也說明了光速是速度的最高限。一般物體的速度,無論如何也不會達到光速的。

洛倫茲收縮就是指當物體在運動時,在運動的那個軸向,會產生收縮。其收縮率,就是洛倫茲因子。其它軸向的長度,並不會有影響.

邁克耳孫-莫雷實驗那種實驗,就是洛倫茲收縮的最佳證明.

當然,被洛倫茲收縮的人事物本身,並不會察覺到被收縮了;從靜系看來,動繫上的觀測者,就像拿著一根被收縮的尺,去測量被收縮的物體.

但是,因為絕對靜止系不可得,所以我們僅能測得相對短縮。因為我們不知道自己設定的靜止參考系,是否真的比我們要測的運動物體還要靜止。

假如運動物體上面有個觀測者,他又設定他的慣性系才是靜止的,那我們就變成他的動繫了。當他觀測我們時,我們才是被收縮一方的,而他是正常的一方。

另外,洛倫茲收縮率,從移動電荷所產生的電場推遲的效應,也就可以推出來。

高速運動電荷產生的電場形變之等勢面,因為電場傳播不是無限快,所以必定會產生推遲,所以它向四周散發出的電場之等勢面,就不再是正球面對稱了。

7樓:匿名使用者

首先 要明確我們是怎麼測量長度的。

我們要測量一條馬路的寬度,首先就需要找到馬路的兩端,用尺子的0刻度,靠在馬路一端,而在馬路另一端讀出刻度。

現在 這條馬路因為討厭你去量他,自己走了,你現在去測量的話,當你的0刻度對準了馬路一端,你又去看另外一端,但此刻另一端已經移動了一點,所以這時你量到的長度就會長一點。

怎麼理解狹義相對論的有關問題?

洛倫茲變換的詳細推導過程是怎麼樣的求大神幫助

8樓:飛兲

人類對於時空結構的科學認識是從本世紀初狹義相對論的建立開始的,狹義相對論揭示了空間、時間和物質運動的聯絡,並首次提出相對運動的兩個不同座標系對"同一時空事件"的描述不同這一相對時空觀念,這是人類時空觀的一次飛躍。在此之後,愛因斯坦把引力場和時空幾何相結合,建立了廣義相對論;即研究非慣性系的時空關係問題。廣義相對論認為任何物質的運動都與引力場有關,我們生活在一個彎曲的黎曼空間。

此後,科學家們進行了各種實驗,其結果表明:廣義相對論的判斷是正確的,這無疑確立了相對論在時空研究領域的地位。我們在學習和研究相對論過程中一直對愛因斯坦的深邃思想表示敬佩,感謝這位偉人對科學所做出的巨大貢獻。

如果從另一個角度看待時空理論的發展和創新這一問題,我們又多少感到有些困惑。自從廣義相對論建立以來的幾十年間,對相對論時空問題的研究雖取得某些進展,但是許多複雜的時空結構問題我們依舊沒有搞清楚,「時空大廈」的基礎是什麼我們更是一無所知,經研究發現,相對論對時空結構的描述僅僅是初步的,狹義相對論的洛倫茲變換在理論完備性方面甚至存有缺陷,許多時空問題從相對論自身無法找到正確答案: 相對論的收縮因子 的物理含義是什麼?

在洛倫茲變換中,與相對速度u相垂直方向的量y和z同動系中的 y',z'相等,這一判斷的理論依據是什麼? 譜線紅移現象在理論上是否還有其它解釋?(多普勒效應不能完全解釋紅移量問題) 狹義相對論告訴我們相對運動的兩個不同座標系對時間、空間的描述是不同的,那麼我們還要問「相對運動的兩個不同座標系對相對速度的觀測結果是否相同」?

廣義相對論認為,由於引力場的存在,使空間彎曲,水星軌道的攝動是由於水星沿彎曲時空的短程線(測地線)運動,因此會產生43"/世紀的進動;那麼引力如何使時空彎曲?這一現象的本質原因是什麼? 引力場的度規張量()有無一般解?

條件是什麼? 假設一列火車以速度v1高速行駛,火車上載著一輛汽車以速度v2與火車相對運動, 同時汽車上又射出一物體,其相對汽車的速度為v3 ,那麼這物體的運動如何描述?如果汽車是以加速度a行駛,射出的物體與汽車的運動方向有一角度 b,該物體的運動方程怎樣建立?

顯然,對於上述時空問題的解答已完全超出了相對論涉及的範疇,要系統全面地回答上述問題,我們必須跳出相對論的理論框架,建立一個新時空體系。該體系涉及的時空問題從廣度和深度上都遠遠超過現有理論,並將現有時空理論----相對論納入其特例範圍。基於此目的,本文向您介紹一個新的時空理論,由於篇幅過長,本文將分為幾個部分,第一章主要涉及慣性和非慣性時空,第二章則統一了量子力學的全部基礎。

相對論深奧嗎,狹義相對論的基本效應有哪些?

狹義相對論並不是非常深奧,它已經是高中物理課程的選修內容之一,在競賽中更是常考內容之一。它適用於慣性系中的近光速力學問題,主要是由於參考系的變化,同一事件的持續時間並不是相同的 低速中這一差異並不明顯,常被忽略,但當速度接近光速時,差異就很明顯了 但廣義相對論就相當深奧了,我們老師曾打趣道,你理解廣...

廣義相對論和狹義相對論有什麼緊密關係?求解釋

狹義相對論和廣義相對的區別是,前者討論的是勻速直線運動的參照系 慣性版參照系 之間的物理定權律,後者則推廣到具有加速度的參照系中 非慣性系 並在等效原理的假設下,廣泛應用於引力場中。狹義相對論的基本原理 一 在任何慣性參考系中,自然規律都相同,稱為相對性原理。二 在任何慣性系中,真空光速c都相同,即...

狹義相對論基礎中的固有時

雙生子佯謬問題用廣義相對論的世界線來說明,已經得到了圓滿的解決。這個問題本來就涉及到廣義相對論的重力場中不同時空,用狹義相對論解釋是永遠扯不清的。狹義相對論正因為不完備,才有了廣義相對論。很多反相者,只是懂了一些狹義相對論,沒有好好理解廣義相對論,就聲稱發現了錯誤 矛盾,而加以否定,這種態度是不可取...