谁给我讲讲狭义相对论是干什么的

谁给我讲讲狭义相对论是干什么的

狭义相对论是建立在四维时空观上的一个理论，因此要弄清相对论的内容，要先对相对论的时空观有个大体了解。在数学上有各种多维空间，但目前为止，我们认识的物理世界只是四维，即三维空间加一维时间。现代微观物理学提到的高维空间是另一层意思，只有数学意义，在此不做讨论。

广义相对论基本原理

由于惯性系无法定义，爱因斯坦将相对性原理推广到非惯性系，提出了广义相对论的第一个原理：广义相对性原理。其内容是，所有参考系在描述自然定律时都是等效的。这与狭义相对性原理有很大区别。在不同参考系中，一切物理定律完全等价，没有任何描述上的区别。但在一切参考系中，这是不可能的，只能说不同参考系可以同样有效的描述自然律。这就需要我们寻找一种更好的描述方法来适应这种要求。通过狭义相对论，很容易证明旋转圆盘的圆周率大于3.14。因此，普通参考系应该用黎曼几何来描述。第二个原理是光速不变原理：光速在任意参考系内都是不变的。它等效于在四维时空中光的时空点是不动的。当时空是平直的，在三维空间中光以光速直线运动，当时空弯曲时，在三维空间中光沿着弯曲的空间运动。可以说引力可使光线偏折，但不可加速光子。第三个原理是最著名的等效原理。质量有两种，惯性质量是用来度量物体惯性大小的，起初由牛顿第二定律定义。引力质量度量物体引力荷的大小，起初由牛顿的万有引力定律定义。它们是互不相干的两个定律。惯性质量不等于电荷，甚至目前为止没有任何关系。那么惯性质量与引力质量(引力荷)在牛顿力学中不应该有任何关系。然而通过当代最精密的试验也无法发现它们之间的区别，惯性质量与引力质量严格成比例(选择适当系数可使它们严格相等)。广义相对论将惯性质量与引力质量完全相等作为等效原理的内容。惯性质量联系着惯性力，引力质量与引力相联系。这样，非惯性系与引力之间也建立了联系。那么在引力场中的任意一点都可以引入一个很小的自由降落参考系。由于惯性质量与引力质量相等，在此参考系内既不受惯性力也不受引力，可以使用狭义相对论的一切理论。初始条件相同时，等质量不等电荷的质点在同一电场中有不同的轨道，但是所有质点在同一引力场中只有唯一的轨道。等效原理使爱因斯坦认识到，引力场很可能不是时空中的外来场，而是一种几何场，是时空本身的一种性质。由于物质的存在，原本平直的时空变成了弯曲的黎曼时空。在广义相对论建立之初，曾有第四条原理，惯性定律：不受力(除去引力，因为引力不是真正的力)的物体做惯性运动。在黎曼时空中，就是沿着测地线运动。测地线是直线的推广，是两点间最短(或最长)的线，是唯一的。比如，球面的测地线是过球心的平面与球面截得的大圆的弧。但广义相对论的场方程建立后，这一定律可由场方程导出，于是惯性定律变成了惯性定理。值得一提的是，伽利略曾认为匀速圆周运动才是惯性运动，匀速直线运动总会闭合为一个圆。这样提出是为了解释行星运动。他自然被牛顿力学批的体无完肤，然而相对论又将它复活了，行星做的的确是惯性运动，只是不是标准的匀速圆周而已

对牛顿时空观的拓展和修正，最后得到了时间膨胀，长度收缩，相对论质量等几个著名的式子。在相当的高速情况下，诸如F=ma这类式子不在适用。

狭义相对论是爱因斯坦提出的四维时空观上的一个理论。先说这个有些深奥，我们先从简单的来。首先说一下狭义相对论出现的契机。狭义相对论是为了解决经典力学理论和电磁实验现象的矛盾而被提出的。经典时空观认为，时间和空间彼此独立，且与物质运动无关，认为存在着脱离自然界物质和运动的绝对时间和绝对空间。说的直接一些，经典时空观认为存在着一个与物质运动无关的绝对参考系。于是人们就想要寻找这样的绝对参考系，然而根据经典力学中的经典相对性原理（力学现象对同样的惯性系来说都遵循同样的规律，即一切惯性系都是等价的），用力学的方法不能判断那个参考系拥有更优越的地位，因而无法探明绝对参考系的存在。于是人们开始在非力学领域寻找绝对参考系的判断依据。 在那时，有一个关于以太的假想，人们认为以太是一种特殊的弹性介质，存在于原子的空隙之间，因而也存在于整个宇宙中。而当人们研究大红大紫的麦克斯韦所提出的电磁波理论时发现，如果用经典力学理论来考察麦氏方程组，发现其对于每个惯性系并不等价（这是电磁学内容），这就意味着麦氏方程组只对特定的参考系是正确的，而这个特殊的惯性系应该是以太这个介质，也就是说电磁波只有在以太参考系中速度为c，而在其他惯性系中就不为c了。以此看来，麦氏方程组允许绝对参考系的存在，如果能用实验验证以太的存在，那绝对参考系就有了科学依据。 于是，著名的MM实验（迈克尔逊-莫雷实验）诞生了。他们认为，如果以太是存在的，地球就在以太中运动，如果能测出地球相对于以太的速度那就能证明其存在了。如果以上假设都正确，根据经典力学中的伽利略变换，在地球上沿不同方向考察光速就应该不同。但经过一系列实验，他们发现光速在任何方向都相同。这样问题就出来了，麦氏方程组一方面承认了绝对参考系的存在，另一方面实验却否定了绝对参考系。这是，洛伦兹提出了一套新的不同参考系之间的物理量的变换方式，即洛伦兹变换，不同于伽利略变换。一定程度上，洛伦兹为爱因斯坦创立相对论提供了客观条件。 1905年，爱因斯坦分析了电磁实验现象和经典理论之间的矛盾，提出了两条假设并创立了狭义相对论。这也就回答了楼主的问题：狭义相对论是为了解决电磁实验现象和经典理论之间的矛盾而存在的。两条假设是：所有惯性系对一切物理定律都是等价的。在所有参考系中，光速都为c（这只是两条假设，所有相对论的推论都是以他们为基础的，真实性目前无法论证。如果有一天他们被推翻，那整个相对论就也被推翻了）。 爱因斯坦提出的相对论，推翻了经典力学的部分结论，比如伽利略变换。相对论的时空观是：1.时间和空间不是彼此无关的，也不是存在于物质和运动之外的绝对的概念。2.在一个惯性系中同时发生的两个事件，在另一个参考系中肯能并不是同时的。即同时是个相对的概念。3.空间间隔与物体的运动有关（尺缩效应）。4.时间间隔与物体的运动有关（时间膨胀）。 同时相对论也将质量和能量联系了起来，通过推算，他证明出了质量与能量都是与物体运动速度相关的。 根据爱因斯坦的推算，经典时空观并不是错的，而是相对论时空观的极限情况。至于尺缩效应和时间膨胀的推导过程我就不写了，打了一千来个字累死了。其实这个世界上真正理解相对论的不超过10个人，我也只是把我的想法写出来而已，不一定对，而且也不权威，权当参考。相对论还有好多有意思的东西，什么时间投影什么的，LZ有兴趣可以了解一下，不过对智商要求很高哦~

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