03 買粉絲全局可轉載是什么意思(把天聊死是什么意思？)

立。由此可見，愛因斯坦的兩個原理彼此是有聯系的，不矛盾的。而且，一旦承認了這個光速不變原理，在地球表面這個慣性系里，光速當然是各向同性的。

三、狹義相對論與相對力學

在經典力學取得很大成功以后，人們習慣于將一切現象都歸結為由機械運動所引起的。在電磁場概念提出以后，人們假設存在一種名叫“以太”的媒質，它彌漫于整個宇宙，滲透到所有的物體中，絕對靜止不動，沒有質量，對物體的運動不產生任何阻力，也不受萬有引力的影響。可以將以太作為一個絕對靜止的參照系，因此相對于以太作勻速運動的參照系都是慣性參照系。

在慣性參照系中觀察，電磁波的傳播速度應該隨著波的傳播方向而改變。但實驗表明，在不同的、相對作勻速運動的慣性參照系中，測得的光速同傳播方向無關。特別是邁克爾遜和莫雷進行的非常精確的實驗，可靠地證明了這一點。這一實驗事實顯然同經典物理學中關于時間、空間和以太的概念相矛盾。愛因斯坦從這些實驗事實出發，對空間、時間的概念進行了深刻的分析，提出了狹義相對論，從而建立了新的時空觀念。

在狹義相對論中，空間和時間是彼此密切聯系的統一體，空間距離是相對的，時間也是相對的。因此尺的長短，時間的長短都是相對的。但在狹義相對論中，并不是一切都是相對的。

相對論力學的另一個重要結論是：質量和能量是可以相互轉化的。假使質量是物質的量的一種度量，能量是運動的量的一種度量，則上面的結論：物質和運動之間存在著不可分割的聯系，不存在沒有運動的物質，也不存在沒有物質的運動，兩者可以相互轉化。這一規律己在核能的研究和實踐中得到了證實。

當物體的速度遠小于光速時，相對論力學定律就趨近于經典力學定律。因此在低速運動時，經典力學定律仍然是很好的相對真理，非常適合用來解決工程技術中的力學問題。

狹義相對論對空間和時間的概念進行了革命性的變革，并且否定了以太的概念，肯定了電磁場是一種獨立的、物質存在的特殊形式。由于空間和時間是物質存在的普遍形式，因此狹義相對論對于物理學產生了廣泛而又深遠的影響。

愛因斯坦創立的狹義相對論是本世紀物理學最偉大的成就之一。它從根本上改變了傳統的時間、空間觀念，建立了時間、空間的新觀念，揭示了質量和能量的內在聯系，給出了高速運動物體的運動規律。這個理論不僅由大量實驗所證實，而且已經成為近代科學技術不可缺少的理論基礎。

相對論是在研究運動物體的光學和動體電動力學的過程中產生的；是在舊理論出現了嚴重而深刻的矛盾中產生的；是愛因斯坦在前人工作的基礎上，經過10年醞釀和探索而完成的。研究相對論的起源及其發展的歷史對于我們的學習是有重要意義的，我們可以從中受到非常豐富的科學方法論的教益和啟迪。

四、 廣義相對論簡介

狹義相對論在近代物理學的各個方面有著廣泛的應用。但是提到相對論，我們不能不介紹所謂的廣義相對論，它是愛因斯坦于1915—1916年間建立的一種引力理論。狹義相對論是正確的，廣義相對論是基于狹義相對論的。如果后者被證明是錯誤的，整個理論的大廈都將垮塌。

經典力學的一個特征，是它不得不把空間和時間都看作是同物質一樣獨立的客觀實在。在那里，一個質點的速度或加速度都是相對于一個絕對空間而言的，牛頓方程只是對于一個慣性系才有效。

牛頓說：“絕對空間，在其本質上，與外界的任何東西都無關，永遠保持其為等同的而且不動的。”“絕對的、真實的，或數學的時間，它的本身，而且就其本質而言，總是與任何外界事物無關地均勻地流逝著。”牛頓曾經對絕對空間的存在作過如下的論證（水桶實驗）：

我們使一個盛有水的水桶旋轉。當桶已旋轉而水還未動時，水面依然與靜止時相同，是一個平面；但到最后水隨桶一起旋轉時，水面就呈現一個凹型曲面。這個實驗表明：當水靜止時，不管它是否與水桶有相對運動，水面都是平的；而當水旋轉時，不管它是否與水桶相對靜止，水面都是凹型曲面。由此看來，根據水面的平或去，可以判斷水對絕對空間是靜止的或是旋轉的。

一句話，在牛頓力學中，承認有絕對的運動。但是，按照力學相對性原理，這種絕對運動在各慣性系間又顯現為一種相對運動，特別地說來，沿一直線的絕對速度是無法靠力學手段測量的，速度總是相對于一特定的參考系才有意義。

在狹義相對論里，把力學相對性原理推廣為“相對性原理”，一個慣性系相對于絕對空間的速度，靠任何物理手段都是測量不出來的。由此可見，“相對論”這個名稱，同下面這個概念有關：從經驗的觀點看來，運動總是顯現為一個物體相對于另一個物體的相對運動，一切絕對運動都是觀察不到的。這樣一個“相對性原理”在其最廣泛的意義上可以陳訴如下：全部物理現象都具有這樣的特征，即它們不為引進“絕對運動”的概念提供任何依據。或者可以用較簡短而不那么精確的話說：沒有絕對運動

在狹義相對論里，從這一“否定”的陳訴出發，得出了“肯定”的結論——一切自然定律對各慣性系都成立，或者反過來說，各慣性系在描述自然規律上是等效的。這樣自然要產生如下的問題：既然運動不僅用速度，而且用加速度來描寫，那么，如果速度概念只能有相對的意義，難道我們還應當把加速度當作絕對的概念嗎？大家知道，相對于一個慣性系作加速度運動的參考系不再是一個慣性系，所以，愛因斯坦認為：相對性原理的進一步推廣就要不僅承認速度是相對的，還要求承認加速度也是相對的，這就必然要求屏棄在狹義相對論中仍舊保留的那一點限制，那一點殘留的經典力學基礎——即自然定律只對慣性系才有效，而開始承認“自然定律對一切任意運動著的非慣性系也有效。”奠基在這樣一種“廣義相對性原理”之上的理論，便叫作“廣義相對論”。

為了理解廣義相對論，我們必須明確質量在經典力學中是如何定義的。

質量的兩種不同表述：首先，讓我們思考一下質量在日常生活中代表什么。“它是重量”？事實上，我們認為質量是某種可稱量的東西，正如我們是這樣度量它的：我們把需要測出其質量的物體放在一架天平上。我們這樣做是利用了質量的什么性質呢？是地球和被測物體相互吸引的事實。這種質量被稱作“引力質量”。我們稱它為“引力的”是因為它決定了宇宙中所有星星和恒星的運行：地球和太陽間的引力質量驅使地球圍繞后者作近乎圓形的環繞運動。

現在，試著在一個平面上推你的汽車。你不能否認你的汽車強烈地反抗著你要給它的加速度。這是因為你的汽車有一個非常大的質量。移動輕的物體要比移動重的物體輕松。質量也可以用另一種方式定義：“它反抗加速度”。這種質量被稱作“慣性質量”。

因此我們得出這個結論：我們可以用兩種方法度量質量。要么我們稱它的重量（非常簡單），要么我們測量它對加速度的抵抗（使用牛頓定律）。

人們做了許多實驗以測量同一物體的慣性質量和引力質量。所有的實驗結果都得出同一結論：慣性質量等于引力質量。

牛頓自己意識到這種質量的等同性是由某種他的理論不能夠解釋的原因引起的。但他認為這一結果是一種簡單的巧合。與此相反，愛因斯坦發現這種等同性中存在著一條取代牛頓理論的通道。

日常經驗驗證了這一等同性：兩個物體（一輕一重）會以相同的速度“下落”。然而重的物體受到的地球引力比輕的大。那么為什么它不會“落”得更快呢？因為它對加速度的抵抗更強。結論是，引力場中物體的加速度與其質量無關。伽利略是第一個注意到此現象的人。重要的是你應該明白，引力場中所有的物體“以同一速度下落”是（經典力學中）慣性質量和引力質量等同的結果。

現在我們關注一下“下落”這個表述。物體“下落”是由于地球的引力質量產生了地球的引力場。兩個物體在所有相同的引力場中的速度相同。不論是月亮的還是太陽的，它們以相同的比率被加速。這就是說它們的速度在每秒鐘內的增量相同。（加速度是速度每秒的增加值）

引力質量和慣性質量的等同性是愛因斯坦論據中的第三假設

愛因斯坦一直在尋找“引力質量與慣性質量相等”的解釋。為了這個目標，他作出了被稱作“等同原理”的第三假設。它說明：如果一個慣性系相對于一個伽利略系被均勻地加速，那么我們就可以通過引入相對于它的一個均勻引力場而認為它（該慣性系）是靜止的。

讓我們來考查一個慣性系K′，它有一個相對于伽利略系的均勻加速運動。在K 和K′周圍有許多物體。此物體相對于K是靜止的。因此這些物體相對于K′有一個相同的加速運動。這個加速度對所有的物體都是相同的，并且與K′相對于K的加速度方向相反。我們說過，在一個引力場中所有物體的加速度的大小都是相同的，因此其效果等同于K′是靜止的并且存在一個均勻的引力場。

因此如果我們確立等同原理，兩個物體的質量相等只是它的一個簡單推論。 這就是為什么（質量）等同是支持等同原理的一個重要論據。

通過假定K′靜止且引力場存在，我們將K′理解為一個伽利略系，這樣我們就可以在其中研究力學規律。由此愛因斯坦確立了他的第四個原理。

五、 關于相對論一些問題的討論

狹義相對論在科學上有什么問題？

實踐是檢驗真理的唯一標準。狹義相對論并不是一建立就為大家接受的，知識在而后的大量科學實踐證實它正確的時候，才被公認為真。當然，我們講的并不是絕對真理，而是在一定的范圍內、一定條件下適用的相對真理。看來在近代物理學各個領域，除天體物理必須考慮到引力之外，狹義相對論都可以應用。在狹義相對論不斷擴展其應用的過程中，人們還特別設計了一些實驗來直接檢驗它的正確性。迄今為止，并沒有發現明顯地與理論預告不符的事實或跡象。

但作為一種理論，還有第二方面的問題，即理論體系本身有無邏輯上的毛病？以及認識如何深化的問題。經過七十多年的探討，可以說愛因斯坦理論并沒有邏輯上的矛盾，但是確實存在一些邏輯循環。

愛因斯坦曾經說過，光速不變原理是他主觀上作出的一種“約定”，有些人說，這是唯心主義。這樣批評未免太淺薄了。我們應該問：愛因斯坦為什么要這樣做？要這樣說呢？在我們看來，關鍵在于必須在理論上對兩個相互作勻速運動的慣性系內的空間——時間坐標（x，t和x′，t′），同時給出了明確的定義，沒有這種定義，相對性原理便要落空——寫不出對應的數學表述。在一個慣性系內定義（x，t）是有辦法的，用一把“尺”和一個“鐘”，也勉強過得去了。但要轉到第二個慣性系上去，非依靠某種不變性不可，否則（x′，t′）便不可能有明確的定義，便不可能建立（x，t）和（x′，t′）之間的聯系。在伽利略變換中，令t′=t，運動尺也不縮短，這就是一種“不變性”假定。所以，問題是用一個更合乎實際的假定來代替它。應該說，愛因斯坦采用“光速不變”來作假定是煞費苦心的：

（1） 它在當時就有一定的實驗依據。

（2） 在宏觀意義上非常明確

（3） 推出洛侖茲變換直截了當。

可是這樣一來，也馬上暴露出愛因斯坦理論的缺點。相對性原理的數學表述——洛侖茲協變性與麥克斯韋方程一結合立刻推出“光速不變”這個結論，因此最初把它作為原理提出來似乎是多余的，這就構成了所謂的邏輯循環。

不僅如此，人們還要問：在空間——時間坐標未有定義之前，何來“速度”概念？又怎能在實際上測量速度？這就是說，用光速不變去定義空時坐標，又陷入了邏輯循環。

總之，不引入“光速不變”假定，理論的第一步——推導洛侖茲變換就走不出去，更談不上第二步用“相對性原理”去建立整個理論了；而引入“光速不變”假定，有勢必陷入邏輯循環。對這種兩難的局面，愛因斯坦無疑是充分了解的，他在權衡得失之后，決

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