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狭义相对论的两条基本原理是什么

时间:2024-07-12 18:30:10 浏览: 100

本文主要和大家探讨三个问题:

(1)为什么提出狭义相对论?

20世纪之前,是经典物理(牛顿力学)的天下,牛顿是神一般的存在。开尔文勋爵认为物理学大厦已经建成,剩下的工作只是精确到小数点后几位数的问题。但是大厦上空还围绕两朵乌云,其中一朵便是假如光在以太中传播,那么地球是如何穿过以太而没有丝毫察觉,寻找以太一直是科学界的热门课题。这朵乌云最后便催生了相对论,另外一朵乌云孕育了量子力学,暂且不详说。而相对论的出现激化了和经典物理的矛盾。因为经典物理认为,引力作用是瞬间的,而狭义相对论认为光速是最快的速度,没有任何信息传递速度超过光速。经典物理中速度是可以叠加的,但是相对论认为当速度达到光速之后,无法叠加。

(2)什么是狭义相对论?

狭义相对论主要描述了速度引起的时间空间变化。

构成狭义相对论有是两个基础原理:(1)相对性,不论我们讨论速度的大小还是方向,都必须明确是谁或什么在测量,即存在参考系。我们平时在讲运动速度的时候,语言中往往省略了参考系,但是参考系就一直就在那里,以80码的速度在高速公路上开车,这个速度是相对于地面。静坐在座位上,这个速度是相对于房间。(2)光性质,在任何参考系中,光速不变。当你坐在静止的汽车中,一束光照过来,光相对于你的速度是30万千米/小时,当你开动汽车沿着逆光或顺光方向前进,光相对于汽车的速度仍旧是30万千米/小时,而不是30万千米/小时加减80千米/小时。虽然难以理解,但是许许多多的实验都证明来自运动恒星的光与来自静止恒星的光具有相同的速度。这完全不是牛顿体系中简单的速度叠加。爱因斯坦把牛顿体系里除了万有引力定律的东西重新给推理了一遍,发现时间、长度、质量、能量都跟速度有关系。

速度越快,时间越慢。对于高速运动的物体,它的时间流逝是比低速运动的物体要慢的。而且速度越快,时间流逝得就越慢。我们所处的四维世界,其实是三维空间速度和一维时间的组合速度,这个推广的速度正好等于光的速度。那么可以理解为物体在空间的运动只不过反应了有多少时间里的运动发生了转移。假如物体在时间里的运动完全转移到空间来了,物体在空间的运动就达到那个最大速度(光速)。假如你运动速度达到光速,时间对于你而言就是静止的,做到了真正的长生不死,最后和宇宙一起毁灭。时间变慢中所说的时间,是你自己的时间,每个人都有自己的时间。比如说,一对双胞胎,哥哥一直在地球生活,弟弟乘坐宇宙飞船去时间旅行,当他回到地球后,自己变老了5岁,而哥哥已经变老了50岁。如果我们用看书的速度去衡量时间,哥哥和弟弟什么事情都不干,都以一样的速度在看书,相遇的那一刻哥哥已经读了10万本书,而弟弟只读了1万本书。

速度越快,能量增加。根据E=MC2知道,质量即能量,能量即质量,就像美元和人民兑换,只是他们兑换系数是光速。当把μ子加速到99.999%光速时,μ子的质量增加到它原来的224倍;在99.99999999%光速时,他的质量比原来大70000倍。而这增加的质量就是能量转化而来。在逼近光速过程中,质量的增加是没有极限的,因此需要无限的能量才能突破光速壁垒,可从以下质速方程和质能方程理解。这也说明了不可能有物质超过光速。 虫洞是空间中的捷径通道。只要物质超光速就能通过,因此也就少了一条打开虫洞的途径。

(3)狭义相对论有什么意义?

经典物理适用于低速运动,是狭义相对论在低速运动的近似。而狭义相对论可以解释高速运动世界的规律,大到黑洞、中子星,小到电子、中微子。虽然相对论意义非凡,但是瑞典皇家科学院相对保守,在1922年,爱因斯坦因发现光电效应而被授予诺贝尔物理学奖,实则因为相对论。