相对论时空观论文

1、近代物理论文狭义相对论时空观学院: 班级: 学号: 姓名:狭义相对论时空观相对论是20世纪物理学史上最重大的成就之一，它包括狭义相对论和广义相对论两个部 分，狭义相对论变革了从牛顿以来形成的时空概念，提示了时间与空间的统一性和相对性， 建立了新的时空观。牛顿在他的原理一书中写道：“绝对空间就其本质而言，是不依赖 于任何外界事物的，它永远是相同的，不变的。绝对的、真实的数学时间，就其口身及其本 质而言，是永远均匀地流动的，不依赖于任何外界事物。”1905年，爱因斯坦创立狭义相对论。提出了两条基木假设：1. 在互作匀速直线运动的所有惯性系内，一切物理规律都是相同的。此即相对论的相对 性原理。2.

2、在所有惯性系内，真空中的光速c在各个方向都相同，与光源的运动状态无关。此即 光速不变原理。这两条原理构成狭义相对论的基础，且从木质上改变了牛顿绝对时空观。既然按相对性 原理，一切物理规律在任何惯性系中都相同，一切惯性系都是平权的，没有哪个惯性系更优 越，这就使绝对空间的概念失去了意义。绝对时空观实际上包含着这样一个假定：存在信号 传播的无限大速度，物质的相互作用是一种“瞬时超距作用”。所以存在“绝对时间”。爱因 斯坦摒弃了 “以太”观点，取消了无限大速度的溉念，认为真空中的光速c是信号传播的极 限速度，这就动摇了绝对吋间的基础，从而接触到了吋间和空间的相对性问题，揭示了空间 和时间之间某种普遍

3、而新颖的联系，引起人类时空观的变革。从狭义相对论的两条基本原理出发，可以得岀在沿兀方向相互以速度作匀速直线运动的 两个惯性系k(x,y,zj)和中，描述同一事件的时空坐标之间的变换关系为：y =式中此即著名的洛仑兹变换式。它是相对论时空观的具体体现。由此容易得岀，一个杆的长 度（空间间隔）在两个惯性系中的关系为:1j1-02即空间间隔是相对的。同一杆的长度在不同参考系中测出的结杲是不同的。在相对于杆 静止的/系中，杆测出的长度厂最大，在相对于f运动的参考系中测出的长度则发生收缩， 缩短为静止长度（或固有长度）的，所谓收缩只是测量效应，它取决于测量参考系与被测物体 之间（客观）的关系。同样，两事

4、件的时间间隔在不同参考系中也是不同的，且与事件所在空 间坐标冇关。1佃四维时空间隔则是不变的，所有这些充分表现了狭义相对论所引起的时空观 的重大变革，它揭示了时间和空间的内在联系以及对时空的测量依赖于参考系的选择。狭义相对论是建立在四维时空观上的一个理论，因此要弄清相对论的内容，要先对相对 论的吋空观有个大体了解。在数学上有各种多维空间，但口前为止，我们认识的物理世界只 是四维，即三维空间加一维时间。现代微观物理学提到的高维空间是另一层意思，只有数学 意义，在此不做讨论。相对论中，时间与空间构成了 一个不可分割的整体 四维时空，能量与动量也构成了 一个不可分割的整体四维动量。这说明自然界一些看似毫不相干的量之间可能存在深刻 的联系。在今后论及广义相对论吋我们述会看到，吋空与能量动量四矢之间也存在着深刻的 联系。狭义相对论为人们捉出了一个不同于经典力学的时空观。按照经與力学，相对丁一个惯 性系來说，在不同的地点、同时发生的两个事件，相对于另一个与z作相对运动的惯性系來 说，也是同时发生的。但相对论指出，同时性问题是相对的，不是绝对的。在某个惯性系中 在不同地点同吋发生的两个事件，到了另一个惯性系中，就不一定是同时的了。经典力学认 为时空的量度不因惯性系的选择而变，也