本文讨论的是指狭义相对论,偏理论公式多些。从网上来看,很多人不理解相对论,这里从另一个角度来叙述相对论,目的是让人更加容易理解相对论。
相对论是为了解释光速不变而产生的一个物理理论。
相对论没有彻底解释光速不变,而是把光速不变作为事实,来展开对牛顿力学的时空观点、运动学、动力学等各方面的修改,修改后就是相对论力学。
什么是光速不变,举例说:
一个人用手电筒沿着铁路照射,我们测量发现手电筒发出的光是每秒30万公里。现在让这个人站在一列以每秒1000公里速度运行的火车上,打开手电筒,我们站在火车道附近的观察者测量发现,手电筒的光不是大家想当然的30万加1000公里每秒,而仍然是每秒30万公里。
光速不变被MM实验确定后,大家给出各种各样的解释,都不成功,唯独爱因斯坦从时间、空间、运动出发解释,并且创立的相对论得到了公认。
爱因斯坦相对论核心其实就是:
物理量是不是速度的函数?
我们假设有物体o点的运动速度是V,现在我们的问题是:
1,物体o点所在的空间长度是不是物体运动速度V的函数,会不会随V而变化?
2,对物体o点运动的描述,与o点有关的事件所用到的时间的测量会不会受o点运动速度V的影响?会不会随V的变化而变化?
3,o点如果以速度U在运动,会不会受o点的另外运动速度V的影响?会不会随着o点运动速度而变化?
4,o点的质量会不会受o点的运动速度V的影响?会不会随着o点运动速度而变化?
5,o点如果在周围分布了引力场,引力场会不会受o点的运动速度V的影响?会不会随着o点运动速度而变化?
6,o点如果带有动量,会不会受o点的运动速度V的影响?会不会随着o点运动速度而变化?
7,o点如果受力,会不会受o点的运动速度V的影响?会不会随着o点运动速度而变化?
8,o点如果带有电荷,会不会受o点的运动速度V的影响?会不会随着o点运动速度而变化?
9,o点如果带有电场,会不会受o点的运动速度V的影响?会不会随着o点运动速度而变化?
10,o点如果带有能量,会不会受o点的运动速度V的影响?会不会随着o点运动速度而变化?
相对论展开了对以上所有问题的回答,开创了许多不同于牛顿经典力学的观点和结论。
相对论对以上问题具体是这样回答的。
1, 物物体o点所在的空间长度是不是物体运动速度V的函数,
会不会随V而变化?
相对论明确指出,物体所在的空间长度 j = j’ √(1-v²/c²),其中v是V的数量。j是物体运动时候沿着运动方向的长度,j’是物体静止时候长度。
2,对物体o点运动的描述,与o点有关的事件所用到的时间的测量会不会受o点运动速度V的影响?会不会随V的变化而变化?
相对论明确指出,与物体有关的事件的时间的测量与物体运动速度V有关,运动的钟的时间t延长, t = t’/√(1-v²/c²)。
3 ,o点如果以速度U在运动,会不会受o点的另外运动速度V的影响?会不会随着o点运动速度而变化?
相对论认为是要受到影响的,U和V不是一加一等于二这么简单,V和U的叠加速度公式为:
hx = ux +v /1+v ux/c²
hy = (uy +v /1+v uy/c²)√(1-v²/c²)
hz =( uz+v /1+v uz/c²)√(1-v²/c²)
v是矢量V的数量,u是矢量U的数量。U的三个分量分别为ux,uy,uz.
4, o点的质量会不会受o点的运动速度V的影响?会不会随着o点运动速度而变化?
相对论认为是要受到影响的,物体质量m随着物体的运动速度v而增大。
m = m’ /√(1-v²/c²)
m’为物体静止质量。
5,o点如果在周围分布了引力场,引力场会不会受o点的运动速度V的影响?会不会随着o点运动速度而变化?
这个相对论没有讨论,但是,可以用相对论的洛伦茨变换求出,物体周围的引力场是要受到物体的运动速度V的影响的。
6,o点如果带有动量,会不会受o点的运动速度V的影响?会不会随着o点运动速度而变化?
相对论中有影响,随着V的变化而变化。
7,o点如果受力,会不会受o点的运动速度V的影响?会不会随着o点运动速度而变化?
相对论中有影响,随着V的变化而变化。
8,o点如果带有电荷,会不会受o点的运动速度V的影响?会不会随着o点运动速度而变化?
相对论认为没有影响,不随V的变化而变化,统一场论电荷相对论不变本质是光速不变决定的。
9,o点如果带有电场,会不会受o点的运动速度V的影响?会不会随着o点运动速度而变化?
相对论认为电荷相对于我们观察者以速度V沿着x轴正方向运动,可以引起x轴垂直方向的电场E的变化,电场变化部分我们叫磁场B,并且:
B = E×V/c²
以上关系式可以看成是磁场的定义方程,是磁场和电场的基本关系式。
10,o点如果带有能量,会不会受o点的运动速度V的影响?会不会随着o点运动速度而变化?
相对论认为会随着V的变化而发生变化,诞生,统一场论认为变化的只是形式,V不能使o点总的能量数量发生变化。
对于光速不变,统一场论给出了的彻底解释。
时间的本质是什么?
宇宙中任何物体【包括我们观察者的身体】周围空间以物体为中心点、以光速c向四周辐射式运动,而光是静止于空间中被空间这种运动带着向外跑的,空间这种运动给观察者的感觉就是时间。
这样说来,时间的量与光速运动空间的位移量成正比。
光速c =r/t是一个分式,从数学中我们知道,分式有分子和分母。
光速中的分子----空间位移r和光速中的分母-----时间t是一个东西,是我们人为的把一个东西叫成两个名字。
比如,张飞,又名张翼德,虽然是两个名字,但是,指的是同一个人。
所以,光速的分子------空间位移r如果有什么变动,光速的分母------时间t一定会同步变化,这样光速的数值c = r/ t始终不变,这个就是光速不变的原因。
比如说,我们看到了张飞胖了,体重增加了5斤,我们马上就可以断定张翼德体重肯定的增加5斤,因为两个名字指的是同一个人。
张飞和张翼德的体重在增加,但是,张飞的体重和张翼德的体重的比值始终不变。当光源相对于我们以速度v运动的时候,引起了光速的分子----空间位移r的变化,一定会引起光速的分母------时间t同步变化。
因为光速的分子---空间位移r和光速的分母---时间t本质上是同一个东西,是我们人叫成两个名字,如同张飞和张翼德。
从以上可以推理出,光源相对于我们观察者无论是匀速还是加速运动,光速始终不变。这个表明广义相对论基本正确。