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yiluwangxi

木虫 (著名写手)


[交流] 我对狭义相对论的理解 原创内容

我得承认,我对狭义相对论的理解,不是得得益于任何教科书,那些书太晦涩,容易把一个智力不错的年轻学生引入歧途。而是得益于一个智力普通的正常人的基本常识。
    我得承认,狭义相对论本身是非常简单的,以至于凭爱因斯坦一人之力就可以把它完全建立起来。自它建立至今,100多年过去了,如果还认为它难于理解的话,只能怪罪于教育手段的落后,和编书者全无体谅之心。
    什么是狭义相对论。我是这样认为的:对于一个物理过程,我们可以在不同的惯性系来描述它。不管你怎么描述,物理过程是不变化的,即它不依赖于描述。在不同的惯性系,描述该过程物理量的数值可以是不同的,但是这些数值是等价的,只不过是基于洛仑兹变换的等价。
    为了理解狭义相对论,个人觉得就必须了解“等价性”。等价性有2个,其一是基于伽利略变换的等价性,其一是基于洛仑兹变换的等价性。
    1)不能用基于伽利略变换的等价性来理解或者解释狭义相对论。同理也不能用基于洛仑兹变换的等价性来解释或理解非相对论理论。   
    那些所谓的运动时钟变缓,运动尺子变短,都是试图用基于伽利略变换的等价性来理解狭义相对论。这不是接近狭义相对论的捷径,而是魔障。
    2)以生死论时间的相对性。
   假设考虑一个人从生到死的这个物理过程。
   从伽利略变换来讲,在任何惯性系来看,这个人的寿命的数值是一样的。这是基于伽利略变换的等价性。无可厚非。
   从洛仑兹变换来讲,在不同的惯性系来看,这个人的寿命的数值是不同的,但是它们依然是等价的。只不过是基于洛仑兹变换的等价性(千万不要用基于伽利略变换的等价性来理解此事)。更无可厚非。这个人并不由于其他惯性系的人说他的寿命的数值小些而悲伤,也不会由于其他惯性系的人说他的寿命的数值大些而欢喜。因为这些寿命的数值都是等价的,基于洛仑兹变换下的等价性。
    在讲狭义相对论时,讨论所谓的双生子佯谬类似于缘木求鱼。
    3) 测量手段和仪器
    任何惯性系中,我们在测量同一个物理过程。我们用的测量手段和测量仪器是完全一样的,是等价的,并没有任何丝毫的差别。我们所说的等价性是基于洛仑兹变化的等价性。
    你不能说,从地上跑到运动的火车上,测量方法、测量仪器的制作方法、时钟和尺子会发生变化。如果你这样说,那么只说明你冥顽不化,还在用基于伽利略变换的等价性来理解狭义相对论。
    其实每个惯性系所用的尺子和时钟是完全等价的。尽管在不同的惯性系来看A惯性系的同一把尺子,不同的惯性系得到的尺子长度的数值是不一样的,例如L1,L2,L3,L4….,但是你要记住这些数值(L1,L2,L3,L4…. )是等价的,即基于洛仑兹变换的等价性。
    对于时钟也是一样。

注:网友answerhep 指出划线部分有误,严格来讲,划线部分的确有误。但是我的意思是:绝对时空观和相对时空观差别很大,在思想上最好不要混淆,虽然有时可以混淆。

[ Last edited by yiluwangxi on 2012-3-19 at 09:14 ]
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yiluwangxi

木虫 (著名写手)


引用回帖:
4楼: Originally posted by qingshang at 2012-03-17 10:00:44:
呵呵狭义相对论不能称为爱因斯坦一个独创的,是借助爱因斯坦这个人顺理成章的出现了而已。当然,这和简单不简单没关系。广义相对论足够复杂,但爱因斯坦却能够独创出来。

我觉得思想是最重要的。洛仑兹变换虽然早就有,但是他没有阐述狭义相对论思想。
我们把从绝对时空观到相对时空观的转变的功劳全部归功于爱因斯坦,主要是他的思想。这是思想上的震撼,这个和其他人的前期工作关系不大。只是个人觉得。
5楼2012-03-17 10:17:04
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answerhep

铁虫 (初入文坛)


★ ★ ★
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yiluwangxi: 金币+2, 有见地! 2012-03-18 23:18:15
是可以用基于洛仑兹变换的等价性来解释或理解非相对论理论的。
在狭义相对论里面,在低速近似下,洛仑兹变换可以得到伽得略变换
8楼2012-03-18 22:27:05
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yiluwangxi

木虫 (著名写手)


引用回帖:
15楼: Originally posted by jerryshady at 2012-03-21 10:28:38:
但前提还是光速不变!究竟光速不变与时空参考系有什么内在联系呢?光速光速,究竟何为速度?

此回复详细讨论下质点的速度吧。
假设考虑运动的质点c,它只在x方向运动。考虑先后的1,2两个事件。
质点c的运动的事实不依赖于惯性系,只是对它运动的描述依赖于惯性系。
在A惯性系来测量:tA1时刻,c的位置是xA1,tA2时刻,c的位置是xA2;那么速度是:
vA=(xA2-xA1)/(tA2-tA1)
在B惯性系来测量同一个过程的速度是:tB1时刻,c的位置是xB1,tB2时刻,c的位置是xB2;那么速度是:vB=(xB2-xB1)/(tB2-tB1)
如果vA=真空光速,那么vB=真空光速。此为光速不变。
tA1,xA1;是在惯性系A对事件1的描述;tB1,xB1是在惯性系B对事件1的描述;
tA2,xA2;是在惯性系A对事件2的描述;tB2,xB2是在惯性系B对事件2的描述
在A和B惯性系来看这两个事件:tB2-tB1不等于tA2-tA1;xB2-xB1不等于xA2-xA1
vA和vB由洛仑兹变化确定。

[ Last edited by yiluwangxi on 2012-3-21 at 11:10 ]
17楼2012-03-21 11:08:40
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难写啊

新虫 (正式写手)


★ ★
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yiluwangxi: 金币+1 2012-04-20 23:22:06
楼主对狭义相对论思想的理解是正确的,爱因斯坦狭义相对论所展示的就是这个时间空间关系
23楼2012-04-20 23:19:05
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普通回帖

meixinyidian

铁杆木虫 (正式写手)


★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
学习一下~你说的那个测量的数值,是在各自的参考系中测量,还是在一个参考系里测另外一个参考系的?

[ 发自手机版 http://muchong.com/3g ]
2楼2012-03-17 08:11:39
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yiluwangxi

木虫 (著名写手)


引用回帖:
2楼: Originally posted by meixinyidian at 2012-03-17 08:11:39:
学习一下~你说的那个测量的数值,是在各自的参考系中测量,还是在一个参考系里测另外一个参考系的?

物理过程并不依赖于参考系,是物理过程的描述依赖于参考系。测量的数值指的是在不同参考系下测量物理过程,所得的值。它当然和参考系有关,但是所有的值在洛仑兹变换下是等价的。
你所谓的一个参考系去测量另外一个参考系,这种描述是比较奇怪的,但并没有错。我们一般是对物理过程进行测量。
3楼2012-03-17 08:44:58
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qingshang

银虫 (小有名气)


★ ★ ★
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yiluwangxi: 金币+2, 有见地,小分赠送致谢 2012-03-18 23:19:27
呵呵狭义相对论不能称为爱因斯坦一个独创的,是借助爱因斯坦这个人顺理成章的出现了而已。当然,这和简单不简单没关系。广义相对论足够复杂,但爱因斯坦却能够独创出来。
4楼2012-03-17 10:00:44
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pandaboy

金虫 (小有名气)


啊,还是不太明白
6楼2012-03-17 14:14:54
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SETSUNALI

铁杆木虫 (著名写手)


★
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我自认为理解的还可以,现在大一,上学期学的,两个变换着实重要。。。随着时间的推移,科学也有了重大的发展,从宏观到微观,从地球的宇宙。。对于狭义相对论的理解,还是要从两个基本变换出发来理解尺缩钟慢等等的,到底是怎么回事
7楼2012-03-17 20:42:00
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yiluwangxi

木虫 (著名写手)


引用回帖:
8楼: Originally posted by answerhep at 2012-03-18 22:27:05:
是可以用基于洛仑兹变换的等价性来解释或理解非相对论理论的。
在狭义相对论里面,在低速近似下,洛仑兹变换可以得到伽得略变换

你说的是对的,伽利略变换只是洛仑兹变换的特例。
但是我说的意思是:绝对时空观和相对时空观这两种截然不同的思想。思想上还是不要混淆为好,虽然可以混淆。
9楼2012-03-18 23:15:34
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yiluwangxi: 金币+1, 感谢参与 2012-03-19 09:03:30
学习了!多谢楼主通俗易懂的讲解!
10楼2012-03-18 23:58:07
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yiluwangxi: 金币+2, 有见地 2012-03-19 09:02:51
1. 体现了狭义相对论的基本思想
2. 表象到真相的思考过程
3. 真相到表象的思考过程

如果真正理解了1  那么2和3的思维过程都不会出错
11楼2012-03-19 01:12:31
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sywei001

木虫 (小有名气)


★ ★ ★
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yiluwangxi: 金币+2, 喔 啥时我看看,我学狭义相对论时,就没那么幸运了 2012-03-19 19:26:31
楼主对狭义相对论的理解有深度,不过一杆子打倒教育体制和所有的编书者就有失偏颇。比如复旦大学所编的电动力学课件、中国科技大学所编的《电磁学与电动力学》对狭义相对论的讲解就非常到位。
12楼2012-03-19 15:13:26
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yiluwangxi

木虫 (著名写手)


欢迎大家讨论交流啊
14楼2012-03-21 09:14:21
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jerryshady

新虫 (初入文坛)


★ ★
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yiluwangxi: 金币+1, 欢迎讨论交流 2012-03-21 10:49:19
但前提还是光速不变!究竟光速不变与时空参考系有什么内在联系呢?光速光速,究竟何为速度?
15楼2012-03-21 10:28:38
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yiluwangxi

木虫 (著名写手)


引用回帖:
15楼: Originally posted by jerryshady at 2012-03-21 10:28:38:
但前提还是光速不变!究竟光速不变与时空参考系有什么内在联系呢?光速光速,究竟何为速度?

自然是光速不变,我也没有否认狭义相对论,我只是认为现在的教学手段比较不好,容易引起误解。
此外速度的定义和你原来理解的是一样的!从这里可以看出来:狭义相对论的教学把人忽悠到什么程度,以至于连速度的概念都让人迷惑了。

[ Last edited by yiluwangxi on 2012-3-21 at 10:48 ]
16楼2012-03-21 10:45:12
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Celery_Wang

新虫 (小有名气)


都是专业人士啊~~
18楼2012-03-21 11:12:41
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yiluwangxi

木虫 (著名写手)


引用回帖:
17楼: Originally posted by yiluwangxi at 2012-03-21 11:08:40:
此回复详细讨论下质点的速度吧。
假设考虑运动的质点c,它只在x方向运动。考虑先后的1,2两个事件。
质点c的运动的事实不依赖于惯性系,只是对它运动的描述依赖于惯性系。
在A惯性系来测量:tA1时刻,c的 ...

有人要问tA1和tB1是怎么来的。是什么意思,有什么关系?
请参考我的主贴的第3点。A惯性系的时钟和B惯性系的时钟是完全等价的,基于洛仑兹变化下的等价。假设你从A惯性系,拿着A的钟,跳到B惯性系,假设这个过程不改变B钟的任何性质。那么现在的A钟就是B钟了。
然后你看作钟,计事件 1和2的时间,这该没什么疑问了吧。
同理 xA1和xB1的关系也是这样考虑的。不用赘述。

[ Last edited by yiluwangxi on 2012-3-21 at 11:26 ]
19楼2012-03-21 11:20:18
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yiluwangxi

木虫 (著名写手)


自己顶一次
20楼2012-03-23 10:45:09
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yiluwangxi

木虫 (著名写手)


狭义相对论有疑问的,看此帖。
22楼2012-04-20 22:59:13
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yiluwangxi

木虫 (著名写手)


引用回帖:
23楼: Originally posted by 难写啊 at 2012-04-20 23:19:05:
楼主对狭义相对论思想的理解是正确的,爱因斯坦狭义相对论所展示的就是这个时间空间关系

我对你的帖子赞一下,是否有自吹自擂的意味
24楼2012-04-20 23:21:02
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难写啊

新虫 (正式写手)


★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
引用回帖:
24楼: Originally posted by yiluwangxi at 2012-04-20 23:21:02:
我对你的帖子赞一下,是否有自吹自擂的意味

没有啊,我们对狭义相对论的理解是一致的,这个理论的思想和思路就是如此
25楼2012-04-20 23:22:43
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sep_sun

新虫 (正式写手)


★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
引用回帖:
5楼: Originally posted by yiluwangxi at 2012-03-17 10:17:04:
我觉得思想是最重要的。洛仑兹变换虽然早就有,但是他没有阐述狭义相对论思想。
我们把从绝对时空观到相对时空观的转变的功劳全部归功于爱因斯坦,主要是他的思想。这是思想上的震撼,这个和其他人的前期工 ...

思维决定出路啊!

楼主的思维方式是正确的,对狭义相对论的理解就是一个字:“透彻”!这篇主贴还是一个字:“精辟”!
我表示赞一下!
26楼2012-04-29 14:36:55
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huhaojun

银虫 (初入文坛)


★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
楼主对狭义相对论的理解部分是对的,但其中的部分问题我认为还有待商榷。
1. 相对论的本质实际上是在说测量结果与测量仪器(或观测者)所处的状态(坐标系)有关。这一原理既坚持了物理过程的客观性,又辩证地坚持了观测结果的相对性。打个简单的比方,有人在马路上捡到了一百元钱,并把它交给了警察。这件事是唯物的客观事实。但是,有人评论这件事时可能说,这个人思想高尚,值得大家学习;也有人评论这件事时可能说,这个人傻冒,捡了钱还上交,不值得学习。你看,客观的一件事,怎么得出两个截然相反的评判?其实,大家都看得明白,这是因为评论的人不同,他们对这件事“测量”的“尺度”不同而已。因此,所有的测量结果一定是客观事实与观测仪器相互作用的结果,所以观测仪器所处的状态(坐标系)是不可忽略的,除非这种影响小到不至于引起明显的测量结果变化。当运动处于低速时,因相对论效应带来的影响很小,所以并未引起大家的注意,但在高速时,这种影响不可忽略,所以引起一些看起来所谓“怪异”的结论。不过,这些所谓的怪异结论实际上都是可以解释的。
2. 上面楼主所说的“运动的尺变短”和“运动的钟变慢”是“伽利略变换”的结果,这一点我不认同。事实上,这一点恰恰是“洛伦兹变换”的结果。因为按照“伽利略变换”运动的尺和钟是不会发生变化的。至于理论证明,可以参考的书很多,这是狭义相对论的内容。
3. 有这么一悖论,说,一列火车静止时长2公理,一段山洞,静止时长1公理。根据狭义相对论,如果火车足够快,那么火车的两头有可能同时处于山洞中。但是,如果站在火车上看,却是山洞变得更短,怎么可能火车的两头同时处于山洞中呢?其实,这个悖论的根源在于,在地面上看,火车的两头(不在同一地点)同时处于山洞中的两个事件,在火车上看来是一前一后不同时发生的。即车头先出山洞,车尾后进山洞。这即是狭义相对论的同时的相对性原理。
4. 关于时间与生命的问题,实际上这是广义相对论的问题。有一个悖论是这么说的,有双胞胎兄弟,一个坐飞船出去,回来后发现自己变年轻了。但如果站在出去的人的坐标系里看,是在地球上的人离自己而去,所以地球上的人应该变年轻。结果是矛盾的。这个悖论的根源在于谁是在非惯性系中的人。判断一个系是否惯性系,是看无力作用时,物体在该系中是否保持不动或匀速直接运动。显然,忽略地球的缓慢转动,只有飞出去的人是在非惯性系中的,而在地球上的人是在惯性系中的。所以结论是飞出去的人变年轻了。
相对论思想深邃,理论优美,我本人对它很玩味。不过,我的黎曼几何还没学到家,所以广义相对论的理论计算还搞不定。愿与各位共勉!
27楼2012-12-15 11:10:20
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见证201113楼
2012-03-19 15:34   回复  
hls8591521楼
2012-03-23 11:12   回复  
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