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首先 , 我们来看看牛顿方程里没有什么 。 牛顿的方程中不涉及光速c 。 而光速绝对是爱因斯坦狭义相对论的核心 。 此外 , 牛顿力学假定时间和空间是不相关的绝对概念 。 狭义相对论(只适用于没有重力的情况)将这两个量统一成一个称为时空的单一流体实体 。 时空中的时间距离和空间距离不再是绝对的 , 而是取决于观察者的相对速度 。 然而 , 狭义相对论认为 , 物理定律与任何观察者的匀速运动无关 。
常识就是人在十八岁之前形成的各种偏见——爱因斯坦
时空图是将狭义相对论的一些基本性质形象化的一个有用的几何工具 。 然后 , 我们可以在这些见解的基础上 , 转向更代数的方法 , 引入洛伦兹变换 , 并努力理解狭义相对论是如何重新表述力学定律的 。 但首先我们需要介绍一些基本概念 。 这些都是:时间、时空、事件、参考系、惯性参考系、坐标变换、伽利略变、
时间
我们已经知道 , 牛顿力学假设时间是独立于物理现象的 , 对所有观察者来说也是如此 。 这不是狭义相对论的情况 , 狭义相对论迫使我们放弃许多关于时间意义的“常识” 。 例如 , 同时性不再
当我们在狭义相对论中谈论时间时 , 我们不仅仅是在谈论读取的时钟 。 相反 , 我们指的是一种更深刻、更基本的时间概念 , 即自然过程的内在速率 。 μ介子是一种微小的亚原子粒子 , 宇宙射线与地球大气层的相互作用产生了大量的μ介子 。 它们的生命周期很短(大约两百万分之一秒) , 很少能活着到达地球表明 。 大多数能存活下来的原因是 , 它们以接近光速的速度运行 , 受到相对论时间膨胀的影响——换句话说 , μ介子的“内部时钟”(不管它是什么)运行得更慢 。
时空?
在牛顿力学中 , 事件是用三维欧几里德空间加上一个独立的绝对时间尺度来描述的 。 在狭义和广义相对论中 , 空间和时间都融合成一个单一的四维实体(或连续体) , 称为时空 。
- 【常识就是人在十八岁之前形成的各种偏见(相对论)】狭义相对论中的时空是平的(平行线不相交) 。 因此 , 用笛卡尔坐标加上时间坐标来描述它是最简单的 。 虽然我们用的是笛卡尔坐标 , 但是我们现在已经远离了我们熟悉的欧几里德空间 。 时空是平的 , 但它不是欧几里德的 , 原因很简单 , 时空中点之间的距离是用非欧几里德度
规 来描述的 。
- 相反 , 广义相对论的时空是弯曲的 , 而不是平坦的 。
事件
我想在你们面前阐述的关于空间和时间的观点 , 是从实验物理学的土壤中产生出来的 。 从今以后 , 单独的空间和单独的时间 , 注定要消逝为纯粹的阴影 , 只有两者的某种结合才能保持一个独立的现实 。
我们对时空中发生的事情感兴趣 , 我们称之为事件 。 事件是在时空中瞬间发生的事情 , 比如一盏闪烁的灯 , 或者移动物体上的一个点经过另一个点 。 时空中的所有事件都用四个坐标t , x , y , z来定义 。
想象一个粒子在时空中运动 。 我们可以把粒子的运动看作是一连串事件 。 如果我们把所有这些事件联系起来 , 我们就会得到一条线来代表粒子在时空中的过程 。 这条线叫作粒子的世界线 。
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