超光速中微粒子的研究

超光速中微粒子的研究

牛顿力学是物理学中最先系统地作为一门实验科学而发展起来的分支学科,主要内容归结为牛顿三大定律，并称牛顿惯性定律成立的参照系为惯性系，不同惯性系之间的坐标变换，通过伽里略变换来实现。

相对论主要是关于时空的理论。相对论时空观的建立是人们对物理现象认识上的一个飞跃。相对论对近代物理学的发展,特别是核物理和高能物理的发展起着重大作用。现在相对论已经成为物理学的主要基础之一。

相对论是现代物理学的重要基石，普朗克认为相对性原理在物理学界所引起的广度和深度，惟有引入哥白尼世界体系所导致的革命与之媲美。它的建立是20世纪自然科学最伟大的发现之一，对物理学、天文学乃至哲学思想都有深远的影响。相对论是科学技术发展到一定阶段的必然产物，是电磁理论合乎逻辑的继续和发展，是物理学各有关分支又一次综合的结果。相对论经迈克耳逊—莫雷实验、洛伦兹及爱因斯坦等人发展而建立。李醒民在评论相对论这座美仑美奂的人类精神的伟大建筑物时这样写道：相对论犹如一座琼楼玉宇，其外部结构之华美雅致，其内藏观念之珍美新奇，都是无与伦比的。相对论的逻辑前提是两条在逻辑上再简单不过的原理，它们却像厄瑞克泰翁庙的优美的女像柱一样，支撑着内涵丰盈的庞大理论体系而毫无重压之感。其建筑风格是高度对称的，从基石到顶盖莫不如此。四维时空连续统显示出精确的贯穿始终的对称性原理，也蕴涵着从日常经验来看决不是显而易见的不变性或协变性。空时对称性规定着其他的对称性：电荷和电流、电场和磁场、能量和动量等的对称性。正如韦尔所言，整个相对论只不过是对称的另一个方面；四维连续统的对称性（不变性）、相对性或齐性首次被爱因斯坦描述出来，相对论处理的正是四维空时连续统的固有对称。在这样高度对称的琼楼玉宇中，又陈放着诸多奇异的观念——四维世界、弯曲时空、广义协变、尺缩钟慢等——从而通过均衡中的奇异显示出更为卓著的美！

一、狭义相对论之初步理解

物理规律都是相对于一定的参考系表述出来的，在电动力学中参考系问题是一个很基本的问题，这个问题的解决是和新时空观的建立联系在一起的。人们在研究高速运动现象，特别是电磁波的传播时，揭示了旧时空观的局限性，建立了新的时空观。

爱因斯坦用狭义相对性原理和光速不变原理导出了洛伦兹变换式，并用改变还式证明了任何物体的速度不能超过光速。真空中的光速是常量，不依赖与惯性系的选择，与光源或观察者的运动无关。

相对论主要是关于时空的理论，它对近代物理学的发展，特别是核物理和高能物理的发展起着重大作用。现在相对论已经成为物理学的主要理论基础之一。局限于惯性参考系的理论称为狭义相对论，推广到一般参考系和包括引力场在内的理论称为广义相对论。

（1）狭义相对论的基本假设

爱因斯坦的狭义相对论建立在下面两条基本假设。

1.光速不变性原理:在所有相对于光源静止或作均速直线运动的惯性参考系中观察，真空中的光速都相同，换句话说，真空中的光速 C 是任何惯性参考系都使用的普适常数。

2.狭义的相对性原理:对于描述一切物理过程（包括物体位置变动，电磁以及原子过程）的规律，所有惯性系都是等价的。这里的物理过程包括光现象在内。爱因斯坦的狭义相对性原理是伽利略力学相对性原理的推广。

（2）狭义相对论的主要内容

1，惯性参考系之间时空坐标的洛伦兹变换及其物理意义，这是相对论时空观的集中反映。

2，物理规律在任意惯性系中可表示为相同的形式，即物理规律的协变性。协变性要求是对各种场和粒子之间的相互作用规律探索的主要理论指导之一。

3，把电动力学基本规律——麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式表为协变形式，从而使电动力学成为明显的相对论的理论，可用来解决任意速度带电粒子与电磁场的相互作用问题。

4，把力学规律推广为协变性的相对论力学，由此得到相对论的质量、能量和动量的关系。这些关系是原子能应用的主要理论基础，是解决高能粒子运动和转化过程的运动学问题的主要工具。

在总结爱因斯坦提出两条相对论两条基本假设：

相对论的第一条基本假设：狭义相对性原理——所有物理规律在任何惯性参照系中都应保持相同的形式。

相对论的第二条基本假设：光速不变性原理——真空中的光速相对于任何惯性系沿任一方向恒为c，并与光源运动无关。

（3）狭义相对论的时空观

爱因斯坦分析了电动力学应用到运动物体时与经典物理有矛盾，以及寻找地球相对以太运动速度的否定结果，他认为绝对参考系是不存在的，于是他把力学相对性原理推广到电动力学也适用，而且还提出了光速不变原理。

一.时间膨胀：在某系中，同一地点先后发生的两个事件的:时间间隔(同一只钟测量)，与另一系中，在两个地点的这两个事件的时间间隔(两只钟分别测量) 的关系。

2、观察时间（两地时）：一个物理过程用相对于它运动的惯性系上的标准时钟测量到的时间，称为观察时间（两地时）。

3.原时最短 : 考察S '中的一只钟 两事件发生在同一地点 原时在S

系()()t u t u x x '∆='∆+'∆=∆γγ， （两地时）=？由洛仑兹逆变换2221c u x c u t t -'∆+'∆=∆因为 0='∆x ，⇒='∆τt 221c u

t -=∆τ所以推广到11122>-c u 与t ∆> τ。

在 系中观察者总觉得相对于自己运动的S 系的钟较自己的钟走得慢，对本惯性系做相对运动的钟（或事物经历的过程）变慢。

1、时间间隔的相对性--时间延缓或动钟变慢效应（ 时间膨胀）。

2、长度的相对性--长度收缩或动尺变短效应。

在经典物理认为如果一个人跟光速一样速度的话光好像看静止的，但爱因斯坦不这么看，他的思路独特的，他认为上帝做事公平的，为什么你可以看光，光为什么不能看你呢？爱因斯坦认为不管人光和一样速度的运动的话光速还是一样保持不变的，爱因斯坦这种独特的想法促进发明他著名的狭义相对论，在经典a f e 0 . 弟 弟 . . 哥 哥 S '

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