閱讀《狹義與廣義相對(duì)論淺說》的思考

本篇介紹我閱讀這本書的經(jīng)驗(yàn)以及如何理解這本書里面的例子以及篇章他挎。

注:本篇僅談及狹義部分

《狹義與廣義相對(duì)論淺說》是愛因斯坦自己寫的一本介紹相對(duì)論的書,沒有很難的公式之類的東西捡需,高中生的水平就可以看。

我從3年前就仔細(xì)地看過這本書筹淫,當(dāng)時(shí)看的非常投入站辉,并且思考地也非常多,當(dāng)時(shí)也以為自己已經(jīng)看懂了這本書的狹義相對(duì)論部分损姜,但是過了一段時(shí)間我發(fā)現(xiàn)其實(shí)很多地方還是有很多困惑饰剥,所以應(yīng)該說當(dāng)時(shí)根本沒看懂。

3年后我又來重新看一遍摧阅,這一次應(yīng)該算是進(jìn)步了很多汰蓉。

1.前面的幾個(gè)小節(jié)

從狹義相對(duì)論的目錄可以發(fā)現(xiàn),前1~2節(jié)介紹的是幾何命題的真實(shí)性和如何定義坐標(biāo)的問題棒卷,非常嚴(yán)謹(jǐn)顾孽,為之后的論證打了基礎(chǔ),也較容易理解比规。

前3~4節(jié)介紹的是非相對(duì)論的經(jīng)典的理論若厚,如絕對(duì)的空間與時(shí)間,伽利略坐標(biāo)系蜒什,并且在最后說這些理論都是不準(zhǔn)確的测秸。

第5節(jié)介紹了相對(duì)性原理,并聲稱這個(gè)原理非常正確,不容置疑霎冯;第六節(jié)介紹了經(jīng)典力學(xué)使用的速度相加定理铃拇,并說這個(gè)定理表面正確其實(shí)不對(duì)。

第7節(jié)說光的傳播定律(真空中的任意一束光的光速對(duì)于任何參考系來說恒為C沈撞,書上的光速指的是速率锚贱,是個(gè)標(biāo)量,不是速度矢量关串,這一點(diǎn)可能會(huì)引起疑惑)與相對(duì)性原理表面抵觸拧廊,這也非常容易理解,因?yàn)榘凑账俣认嗉佣ɡ斫蓿苊黠@光速對(duì)于不同參考系是不同的吧碾。

2.閱讀時(shí)可能遇到的障礙:

第8節(jié)開始有點(diǎn)與我們的日常生活的觀點(diǎn)不同,愛因斯坦這樣給“同時(shí)” 下定義:判斷在A墓卦,B兩個(gè)離得比較遠(yuǎn)的點(diǎn)上發(fā)生的事情是否同時(shí)倦春,應(yīng)當(dāng)站在A,B的中點(diǎn)上落剪,并且兩只眼睛分別看著A點(diǎn)和B點(diǎn)睁本,如果視網(wǎng)膜上同時(shí)出現(xiàn)了A事件和B事件,那么認(rèn)為這兩個(gè)事件是同時(shí)發(fā)生的忠怖。? ?有人會(huì)有疑惑呢堰,這個(gè)判斷成立的條件是光從A傳到眼睛的速度和從B傳到眼睛的速度相同,但光速并不一定相同凡泣,所以這個(gè)判斷不成立枉疼。但愛因斯坦的解釋是:這個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)規(guī)定,規(guī)定這樣為同時(shí)鞋拟,光速是否相同不重要骂维,因?yàn)楣馑偈前凑者@個(gè)規(guī)定計(jì)算出來的。就好比我規(guī)定一毫升水是1000千克的質(zhì)量贺纲,雖然看上去奇怪航闺,但以后計(jì)算質(zhì)量就從這個(gè)規(guī)定出發(fā)。

第9節(jié)是一個(gè)比較難以理解的點(diǎn)猴誊,同時(shí)性的相對(duì)性潦刃,愛因斯坦拿火車舉例子:一列火車以速度v向右行駛,在鐵路上有A稠肘,B兩點(diǎn)福铅,火車車身經(jīng)過這兩點(diǎn)的過程中,有兩道閃電擊中了A,B兩點(diǎn),在路基上看(靜止參考系)有一個(gè)觀察者站在A,B的中點(diǎn)M腊尚,這兩點(diǎn)是同時(shí)被閃電擊中的(同時(shí)的方法按照先前的定義)略荡,在火車上庵佣,假設(shè)在路基上閃電擊中A,B兩點(diǎn)的時(shí)候汛兜,火車上的M'正好與路基上的M點(diǎn)重合巴粪,那么,對(duì)于站在M'點(diǎn)的火車上的觀察者來說粥谬,由于火車向右運(yùn)動(dòng)肛根,那么就是A,B兩點(diǎn)的兩束光與火車上的觀察者的相遇和追擊了漏策,顯然是先觀察到右邊的閃電派哲,在觀察到左邊的閃電。所以掺喻,愛因斯坦得出結(jié)論:對(duì)于不同的坐標(biāo)系來說芭届,同時(shí)是相對(duì)的,對(duì)于我來說同時(shí)發(fā)生的兩件事對(duì)于你來說不一定同時(shí)發(fā)生感耙。以上是愛因斯坦的說法褂乍,但是讀者可能會(huì)有一個(gè)疑問:既然前幾節(jié)說了速度相加理論是錯(cuò)誤的,那么為什么在這里還用這個(gè)錯(cuò)誤的理論得出正確的結(jié)論呢即硼?我當(dāng)時(shí)也有這個(gè)疑問逃片,但我現(xiàn)在認(rèn)為,愛因斯坦的意思是按照經(jīng)典的理論可以得出與日常經(jīng)驗(yàn)不一致的結(jié)論谦絮,所以要重新考慮同時(shí)性题诵。僅僅是定性,并沒有定量层皱。讀者不能就這一節(jié)推出公式。

第10節(jié)和第9節(jié)是并列的赠潦,但這一節(jié)所帶來的疑問更大叫胖,因?yàn)檫@一節(jié)僅僅聲稱在路基上量出的火車長(zhǎng)度可能與火車上量出的火車長(zhǎng)度不一樣,并沒有提到為什么不一樣她奥,然后就結(jié)束了這一節(jié)瓮增。愛因斯坦的意思是,認(rèn)為這兩個(gè)距離一樣是先入為主的哩俭,可以認(rèn)為它們不一樣绷跑。

第11節(jié),這一節(jié)講述了洛倫茲變換是在什么基礎(chǔ)上推到出來的凡资。以下是重要的觀點(diǎn):

由于按照經(jīng)典力學(xué)的理論砸捏,光的傳播定律和相對(duì)性原理矛盾,那么,對(duì)于同一事件在靜止參考系0中的(x,t),可以人為給定一個(gè)在運(yùn)動(dòng)參考系1中的(x',t')垦藏,使一束光(x=ct)在運(yùn)動(dòng)參考系中梆暖,轉(zhuǎn)變?yōu)閤'=f(x,v,t),t'=g(x,v,t),并使x'=ct'這個(gè)式子成立。

再一次闡述:原有的矛盾是:現(xiàn)有靜止坐標(biāo)系0掂骏,和運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系1轰驳,運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系以v的速度相對(duì)靜止坐標(biāo)系向右運(yùn)動(dòng),取向右為x軸正方向弟灼。相對(duì)靜止坐標(biāo)系的坐標(biāo)用不帶撇的x,y,z,t表示级解,為了簡(jiǎn)單只取x,t,因?yàn)閥,z相對(duì)兩個(gè)坐標(biāo)系都是相同的田绑。相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系的坐標(biāo)用x',t'表示勤哗。當(dāng)兩個(gè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合時(shí),從原點(diǎn)處(這兩個(gè)原點(diǎn)在同一位置)發(fā)射一個(gè)光子辛馆,向右俺陋,此時(shí),計(jì)時(shí)間為0昙篙,t秒后腊状,光子到了tc的位置,根據(jù)經(jīng)典理論苔可,相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系缴挖,光到了x'=t(c-v)的位置,歷時(shí)t'=t秒焚辅,光速為路程除以時(shí)間等于C-V 映屋,所以錯(cuò)誤。現(xiàn)在根據(jù)相對(duì)論同蜻,光子相對(duì)靜止坐標(biāo)系在tc的位置棚点,時(shí)間為t,所以相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系,x'=\frac{ct-vt}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2} } } ,t'=\frac{t-\frac{vx}{c^2} }{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2} } } ,然后湾蔓,關(guān)鍵來了瘫析,相對(duì)于運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系光的速度等于路程除以時(shí)間,正好是C默责,不信你可以除除看贬循。

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