Question

如何理解狭义相对论?

Answer 1

问题一：怎么理解狭义相对论？ 普通物理学1 一、伽利略相对性原理和经典力学时空观 惯性系：一个不受外力或外力合力为0的物体，保持静止或匀速直线运动不变，这样的参考系，叫惯性参考系，简称惯性系。 （新想法：如果认识到非贯性系力产生的原因，在进行物理实验时将此力（惯性力）一并计算，那么就与跳出非惯性系，在惯性系中实验得到一样的结论，就可以把非惯性系当成惯性系对待――这与广义相对论的相对性原理是类似的） 一切彼此作匀速直线运动的惯性系，对于描写机械运动的力学规律来说是完全等价的，在一个惯性系的“内部”所作的任何力学实验，都不能确定这一惯性系本身是在静止状态，还是在作匀速直线运动。这个原理叫力学相对性原理，或伽利略相对性原理。 牛顿说：“绝对的、真正的和数学的时间自己流逝着，并由于它的本性而均匀地、与任一外界对象无关地流逝着。”“绝对空间，就本性而言，与外界任何事物无关，而永是相同的和不动的。”（见牛顿著作《自然哲学的数学原理》） 二、狭义相对论的提出背景 在19世纪末，人们知道光速是有限的，在测量光速时发现，木星卫星发出的光，到达地球的时间是相同的，而不管地球是朝向卫星运动还是背向卫星运动。这不符合物体运动的速度叠加原理（A参照系相对于B参照系速度为v1,A上发出相对A速度为V2的物体，物体相对于B速度为V1+V2），而符合波的性质，因为当时已知的所有波都有介质，因此人们假设光也有介质，定名为“以太”，光在以太中稳定传播，所以与地球的运动无关。 由于地球并非宇宙中的特殊天体，以太应该对地球有相对运动，而著名的迈克耳孙（A.A.Michelson）和莫雷（E.W.Morley）实验证明了相对地球运动的以太不存在，也就是说，如果存在以太，以太就是对地球静止的，这里和一些人认为的证明了以太不存在，叙述上有一点点区别。 1905年，爱因斯坦提出两条假设： 1。相对性原理：物理学在一切惯性参考系中都具有相同的数学表达形式，也就是说，所有惯性系对于描述物理现象都是等价的。（够绝对的） 2。光速不变原理：在彼此相对作匀速直线运动的任一惯性参考系中，所测得的光在真空中的传播速度都是相等的。 1964年到1966年，欧洲核子中心（CERN）在质子同步加速器中作了有关光速的精密实验测量，直接验证了光速不变原理。实验结果是，在同步加速器中产生的一种介子（写法是派的0次方）以0.99975c的高速飞行，它在飞行中发生衰变，辐射出能量为6000000000eV的光子，测得光子的实验室速度仍是c。 三、狭义相对论时空观 狭义相对论为人们提出了一个不同于经典力学的时空观。按照经典力学，相对于一个惯性系来说，在不同的地点、同时发生的两个事件，相对于另一个与之作相对运动的惯性系来说，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时发生的两个事件，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，也就是说，时空的量度是绝对的。相对论认为时空的量度也是相对的，不是绝对的，它们将因惯性系的选择而有所不同。所有这一切都是狭义相对论时空观的具体反映。 同时的相对性 现举一个假想实验，一列匀速运动的火车，车头和车尾分别装有两个标记A1、B1当他们分别与地面上的两个标记A、B重合时，各自发出一个闪光。在A、B的中点C和A1、B1的中点C1，各装一个接受器，C点将同时接收到两端的信号，而信号传递需要时间，在这段时间内火车向前运动了，所以C1先收到车头的信号，后收到车尾的信号。也就是说，不同的参照系没有认为两个事件......>>

问题二：怎么理解狭义相对论的有关问题？ 我不知道你想解释的是什么具体问题，但是狭义相对论涉及的问题并不多。
一个是基础，一个是结论
基础分主要的三个方面，光速不变假设、惯性系上物理规律等价，运动是相对的
结论是不同惯性系上互相测量对方的时间和长度会发生变化，表现就是相对速度不为0时，互相观测对方的时间和长度都变小了。

首先解释一下基础依据的合理性：

光速不变假设，这是相对论中的重要基础之一，提出这一假设的原因受到了麦莫实验的启发。为了不纠缠光速为什么不变和光速是不是真的不变这些次要的问题，直接把光速不变作为假设更简捷。
假设是不需要证明对与错的，比如我们可以假设地球是静止的，尽管现代人都知道地球即自转又绕太阳公转，不是静止的，但是这样的假设不能算错误。我们也可以假设河水是静止的，河岸在向上游移动。
假设没有对错之分，只有合理不合理之分，合理的假设能大大简化问题，不合理的假设则反而使问题复杂化。假设的“对错”（其实没有对错之分）与结论的正确性没有必然的联系。
比如我们可以假设火车是匀速直线运动，这显然是“错”的，地球自转那么快，还要公转，就连太阳都在运动着，火车的真实轨迹是非常复杂的多种罗旋轨道叠加成的曲线。但是假设它是匀速直线运动的没有任何不妥。要是用火车的真实轨道来计算，那估计没人愿意那么做。

惯性系上的物理规律等价，这是从伽利略变换的启发得到的，加利略变换适用于力学，但是却和电磁理论不相洽，通常叫做不协变。但是设想一下在茫茫宇宙中，假如没有任何其他物体，只有一个地球，谁能知道地球在做什么运动呢？无论进行任何实验来测量，都只能得到一个结论，地球是静止的。如果不是地球，而是另一个天体，在没有任何其他参照物的情况下，那与只有一个地球有什么区别呢？仅仅需要给它改个名叫地球就行了，和上面的物理规律没任何关系。

运动是相对的，这个前提与第二个前提很接近或者说应该包含在第二个前提中。所以很多书上或文章中只说前两个前提基础。我在这里把它单列出来是因为这个前提在相对论中的地位极其重要，甚至超过了光速不变假设。很多人在相对论问题上感觉混乱和迷茫，原因就是这一个前提没明确。现在很多教科书上出的错误也与这个基础的不明确有关。

前提基础确定后，我们有了这样一些结论：
两个物体相对运动，互相看到只有三种情况，1、自己静止对方运动。2、对方静止自己运动。3、对方和自己都在运动。但是相互的相对运动的速度是相同的。A相对B运动的速度是v，B相对A的运动一定是v。
由于光速不变，观测到对方的时间会发生变化。
上图是两个相对运动的惯性系的互相观测情况，图中A相对O以速度v运动，B是A系统上的一点。
当A运动到与O重合的时刻，一光子从A射向B。
在A系统上看，光子的路径是ct' ，在O系统上看，光子的路径是ct ,并且在t时间内A移动了vt的距离。
三个长度的关系是：(ct')2＋(vt)2＝(ct)2，解出t'就得到：t'＝t√(1－v2/c2)。
因为相对速度必须相等，所以vt的长度在A上看是vt'，则vt'/vt＝t'/t。
那么在A上看到的距离是vt'＝S'＝S√(1－v2/c2)。
我们回过来看一下图，发现，速度v的存在使O观测到的距离ct变长了，对A上观测到的ct'没有任何影响。所以，说明因为相对运动的原因，参照系上看到的对方时间变快，长度变长，所以乘上那个小于1的因子后才能得到对方的真实值。那个因子就叫相对......>>

问题三：初学者该怎么理解狭义相对论？ 用经典和常识思考当然容易犯错，先看明白洛伦兹变换，再在时空图上画画，应该就明白了。

问题四：怎么通俗的理解相对论 一个男人和一个美女在一起不会觉得时间过的慢，如果和一只火炉在一起他会觉得时间很难熬，这就是相对论。

问题五：怎样理解狭义相对论论中的原时和原长，比如这一道题的原时和原长是怎么确定的？第五题。通俗一点，谢谢 20分 原时原长指的是相对被事件静止的那个参考系中测得的时间和距离，本题中S系测得距离短而S'系测的距离长，按照尺缩效应S'系相对于事件的速度要小于S系相对于事件的速度，也就是S'系更接近于那个静止参考系，但并不一定就是那个参考系