狭义相对论的基本原理及思考

狭义相对论基本原理及其思考

摘要：狭义相对论基本原理是由爱因斯坦相对性原理和光速不变原理组成的，它揭示了在惯性系中高速运动物体运动的规律，是对绝对时空观的修正与发展。而狭义相对论的提出，也打开了近代物理的大门，具有非常重要的意义。

关键词：狭义相对论时间和空间相对运动思考

一、狭义相对论的产生背景

19、20世纪之交，物理学面临挑战。“以太漂移”的零结果与以牛顿绝对空间和绝对时间为背景的“光以太说”尖锐冲突，是最著名的挑战之一。物理学的两朵乌云——“紫外灾难”和“以太危机”一直笼罩在众多物理学家心中。1905年．爱因斯坦放弃“以太”，从相对性原理和光速不变原理出发，提出新的空间和时间观念，建立了相

对论，引起物理学的变革。

二、狭义相对论基本原理

狭义相对论基本原理是由爱因斯坦相对性原理和光速不变原理组成的，它揭示了在惯性系中高速运动物体运动的规律，是对绝对时空观的修正与发展。

爱因斯坦相对性原理是指所有惯性系都是等价的，物理定律在所有惯性系中都具有相同的数学表达形式，不存在任何特殊的绝对惯性系。从文字形式上看，似乎爱因斯坦相对性原理只是对伽利略相对性原理的简单推广，但这种推广包含了深刻的物理内涵，这种拓展，直接导致了对时空观认识的根本变革。

光速不变原理是指在所有惯性系中光在真空中的传播速率都等于c（3*108m/s）。也就是说，无论光源和观察者在真空中如何运动，无论光的频率是多少，测得的光速都相等。由此可知，在地球参考系中，无论光在真空中向什么方向传播，其速率都是c。

根据爱因斯坦相对性原理，一切惯性系都是等价的，没有任何特殊的惯性系，真空光速作为一种物理现象，当然也就没有为特殊值的惯性系，即绝对惯性系。从这个意义上来讲，光速不变原理从属于相对性原理，后者才是狭义相对论的最基本假设。

三、关于狭义相对论的思考

爱因斯坦发现的自然界两条基本原理——光速不变原理和相对性原理，都是关于光学和电磁定律与运动关系的原理。狭义相对性

原理揭示了光学和电动力学定律对相对运动的不变性和对称性，而光速不变原理则揭示了光速对相对运动的不变性和对称性，证明了两条原理在相对运动上存在着明显的共同性和统一性，并不存在任何不相容矛盾。

爱因斯坦直接把两条原理结合起来，没有引入任何特殊假设，只是假定时间和空间是均匀的，通过简单代数运算，就直接推导出了从静止坐标系变换到运动坐标系时的时空坐标变换定律，推导出了时间和空间与运动和光速关系的定量定律，不但揭示了时间和空间对运动的相对性结构，也确立了时间和空间坐标进入自然界定律在形式上不可分割的内在联系，由此建立了新的相对时空结构理论及其新的运动学定律，以代替旧的伽利略运动学定律，从而保证了一切自然界定律

对相对运动的不变性和对称性。这就是狭义相对论的基础和核心，它不但为物理学家探索场和粒子的新动力学理论提供了强有力的指导性原理，也为哲学家们研究时间和空间的本质揭开了新的一页，从而彻底推翻了统治物理学已二百多年的牛顿的绝对时空，成为物理学、自然科学和哲学史上最伟大的一次科学革命。

当速度远小于光速时，狭义相对论的相对时空则简化为牛顿的绝对时空，证明了后者只是前者在低速下的一种近似，只适用于低速的力学现象，而不适用于高速的光学和电磁现象。在高速情况下，牛顿力学定律也必须适合狭义相对论要求，进行相对论修正．由此证明牛顿的绝对时空只是一种近似时空，并不是自然界的真实时空，只有狭义相对论的相对时空才是自然界的真实时空结构。

参考文献：

[1]郭汉英，狭义相对论的基本原理及其宇宙学意义，《科学》（双月

刊），2005年7月(57卷4期)

[2]周奇，时间、空间与运动——狭义相对论及其伟大科学意义，中国科学院自然科学史研究所，2008年3月

[3]白俊彪，时空相对性和狭义相对论的基本原理，思茅师范高等专科学校学报，2008, 24(6)