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7.狭义相对论与统一电磁理论

一个运动电荷的电场在一个不运动的观察者的参照系中的洛伦兹变换产生了通常称作磁场的数学术语.相反的，一个运动电荷产生的磁场在运动参照系中消失了并变成完全的静电场.麦克斯韦的方程在经典宇宙模型中在经验上完全（simply）符合狭义相对论的效应.因为电场和磁场是依赖于参照系并纠缠在一起，称为电磁场.狭义相对论提供了电磁场如何从一个惯性系中转换到另一个惯性系的法则.

麦克斯韦方程在3D中的形式已经是和狭义相对论的内容相容了.但是我们必须将它们重写成明显的恒等式.

电荷密度r和电流密度(J_x，J_y，J_z)被统一进电流-电荷四元向量中：

电荷守恒定律变成了：

电场[E_x，E_y，E_z]和磁感应[B_x，B_y，B_z]被统一进（2阶反对称协变）电磁场张量中：

由电磁场作用在物质上的洛伦兹力的密度f_m变为：

法拉第感应定律和高斯磁定律联和为：

虽然这里有64个方程，它确实可以减少到4个独立的方程.利用电磁场的反对称性，除了l、m、n=1、2、3，或2、3、0或3、0、1或0、1、2的方程，其余的都可减到恒等式（0=0）或者显示为冗余的.注6

电位移[Dx，Dy，Dz]和磁场强度[Hx，Hy，Hz]现在统一到（2阶反对称逆变）电磁位移张量中：

安培定律和高斯定律联合为

在真空中，结构方程组（constitutiveequations）为

反对称性将这16个方程减少到6个独立的方程.

电磁场的能量密度联合玻印亭矢量和麦克斯韦应力张量构成了4D应力-能量张量.它是动量四元向量流（密度），而作为2阶混合张量为

这里是Kronecherdelta.当上标降为h，它变成了对称的，并成为重力场源的一部分.

电磁场中线性动量和能量的守恒表现为：

这里是洛伦兹力的密度.该方程能够从上面的方程推导出来.

狭义相对论只有当重力势远小于c²时才是准确的；在强重力场下必须应用广义相对论（它在弱场的限制下变为狭义相对论）.在非常小的尺度下，例如在普朗克长度下以及量子效应必须考虑时产生了量子引力论.然而，在宏观尺度和没有强引力场的情况下，狭义相对论受到了极高精度（10^-20）的实验检验，因而得到了物理界的接受.那些显示出矛盾的实验结果都是不可重复的，普遍被认为是由于实验的错误.

因为一个人有选择定义物理中长度和时间单位的自由，就有可能使两条相对论基本原理之一成为这个定义的同义反复的结果，但是不可能同时这样定义这两条原理，因为当它们联系在一起时就有了独立于对长度和时间单位选取的推论.

狭义相对论是数学上自洽的（self-consistent），它是现代物理理论的有机部分（在重力场可以忽略的情况下），其它还有量子场论，弦论，广义相对论.

牛顿力学可以从狭义相对论中在小速度下（相比于光速）用数学推导出来-这样牛顿力学可以认为是低速物体的狭义相对论.