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狭义相对论提出的背景知识

已有 4299 次阅读 2012-4-7 11:49 |系统分类:教学心得|关键词:相对论,知识| 知识, 相对论

   狭义相对论的理论已经运用到物理基础知识的方方面面,尤其是研究原子物理,固体物理里面涉及到电子的运动的麦克斯韦方程,物质能量与质量的物理量,都与狭义相对论理论知识息息相关。就此,总结了狭义相对论提出的背景知识,以便于对狭义相对论的重要性有深刻的认识。
   1、光速不变原理贯穿整个知识的主线,正是由于实验上寻找“以太”的失败,光速不变原理变成了真理。一切关于电磁波传播的理论均要以此为本。于是便有了推导狭义相对论下麦克斯韦方程的必要性。
  2、一切惯性系均遵守物理定律表达式的形式不变性,最多也就是相差一个相对运动速度的常数(绝对速度=相对速度+牵连速度)。因此,一切惯性系下的物理定理表达式是线性的,光速不变加上线性关系,于是推出间隔不变性(两件事物发生的间隔)。
  3、由光速不变原理到间隔不变原理完成了任务交接,间隔不变性原理加上线性关系推出了洛伦兹变换,速度变换。
  4、根据间隔不变性数学表达式的分类(r^2-c^2t^2)>0,<0,=0,提出了光锥,第一种:类空间隔提出了同时的相对性,事物之间无绝对联系。第二种:类时间隔,事物之间满足因果律,有绝对的联系。第三种:类光间隔,以光波传播。
  5、由间隔不变性引出第四维ict,文科夫斯基空间,推出了洛伦兹变换矩阵,四维矢势,张量的表达式,四维空间“转动”,系数矩阵。
  6、由固有时写出四维矢势,引出了位移,速度,加速度,电流密度,波矢,动量的四维矢量表达式。由动量的四维矢势引出了爱因斯坦的质能方程。不同惯性系下的变换关系满足洛伦兹矩阵变化。
  7、由洛伦兹规范对成称性,磁势矢量A与标量电势合写为一个四维势矢量。由此导出了电磁场的张量,由张量导出了麦克斯韦方程的协变表达式。由张量变换,导出电磁场的洛伦兹变换。


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1 王枫

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