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爱因斯坦导出狭义相对论理论的思路

已有 151 次阅读 2019-9-1 16:37 |系统分类:科研笔记

爱因斯坦是用什么思路导出狭义相对论的?

      一般我们认为:是他研究中发现,观察同一个运动的角度不同,会得到不同的观测结论。他为此举例说,在行驶中的列车上松手让一个重物下落,火车上的观测者认为它会垂直下落,路径是一条垂直向下的直线;而道基上的人看到它的路径是一抛物线。因此他联想到运动状态下观测到的结果除空间上不同之外,时间上也许会有不同的结论。他设计了一个思想实验,他以此分折出一个结论是:相对运动的惯性系下,对时间的观测结果表现出同时性是相对的。这只是导出相对论的原因,并不是什么思路。

        他导出相对论的真正思路是来自研究数学理论过程中的一些启发。在几何中要有几个基本公设;为了化解乘方的逆运算负数不能开方的矛盾,要引进虚数的概念。这个虚数只是个逻辑概念,没有也不需要有什么现实对应物。物理学有时和数学一样,都是逻辑思维的理论。他大胆以光速不变和相对性原理总是正确为逻辑公设,导出了洛纶兹变换式(在他之前已有,但意义不一样),并把这样变换的时空结果和引入虚数一样加以承认。变换后的时空在现实中也是没对应物,在逻辑上却是合理的。

         数学中引入虚数不仅化解了有理数开方出现的矛盾,还因此扩展了数系,复数和复变函数理论发展起来,并在科学技术中得到广泛应用。可想,爱因斯坦一定会有类似美好的愿望,引入新的时空观会对物理理论发展产生具大的影响!



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