更新日期:

2021年5月7日,

给匆忙的人:爱因斯坦的狭义相对论是什么?

作者:

Yusrat Sadia Nailat

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1905年被认为是爱因斯坦一生中奇迹的一年。当他在专利局工作时，他对物理学做出了非凡的贡献。1905年4月，他向苏黎世大学提交了他的博士论文《分子尺寸的新测定》。爱因斯坦的伟大思想以如此深刻的方式改变了科学，这在以前和以后都没有人能做到。他的成就包括他关于狭义相对论的第一和第二篇论文——”运动物体的电动力学和惯性是一个身体取决于它所含的能量在那里，他运用了自己的想象力，而不是花哨的数学，得出了他最著名的方程式。狭义相对论是物理学的基本理论之一。它成功地从所有极端条件和难以置信的准确性的实验中毕业。爱因斯坦的狭义相对论以极其难懂而闻名。然而，这并不难，至少在数学上是这样。

物理学中相对论的概念是相当直接的。它说的是物理定律是适用的，并且对所有移动的观察者都是一样的。物体处于运动状态是什么意思?

从伽利略的感知

早在1632年，伽利略就提出了一个观点:所有的运动都是相对的，只有当一个物体相对于另一个物体运动时，才有意义。他强调，在任何机械实验中，以恒定的速度和方向运动的两个观察者将得到相同的结果。他问那些反对他的人，在一艘以恒定速度移动的船的没有窗户的舱室里的乘客是否有办法确定船是在移动还是在静止。很明显，答案是否定的。在船上进行的任何实验都不能与在岸上进行的相同实验产生不同的结果。

参照系和对牛顿概念的蔑视

在伽利略先生去世几个世纪后，阿尔伯特·爱因斯坦宣布，如果没有参照系，运动就没有意义。这是他的相对论的核心。艾萨克·牛顿的经典物理学定律允许绝对静止、绝对空间和绝对运动的存在。他写道,

绝对运动是物体从一个绝对空间到另一个绝对空间的平移。相对运动是从一个相对空间到另一个相对空间的平移

愤怒的爱因斯坦完全否定了牛顿的观点。有一次，他问一个困惑的检票员:“牛津站在这趟车吗?”(我们不知道发射器发生了什么。我希望这个可怜的家伙能找到摆脱痛苦的方法)

引入了狭义相对论

爱因斯坦非常熟悉电磁学。他引入相对论的概念来解释载流导线中的磁效应，这是开创性的。从法拉第时代开始，人们就认为移动磁铁产生电流和移动线圈产生电流是两种谨慎的解释。这个想法使科学家相信以太有一种绝对静止的状态。爱因斯坦完全被这个想法击垮了。他说，是它们彼此的相对运动产生了电流。这使他得出结论:绝对静止和绝对静止的概念是有缺陷的。他就是这样否定了以太的概念，并提出了相对论的原理。他认为绝对时空应该被绝对时空所取代。数学现实表明，时间和空间是纠缠在一起的，当接近光速时，两者都会发生变化。

他说物理定律在所有的惯性参照系中都是一样的。无论你移动得多快或多慢。这是伽利略在1632年说过的话。这是爱因斯坦的第一个公设。与此同时，莫雷和迈克尔逊没能找到任何乙醚存在的证据。爱因斯坦获得。

时空是什么?

爱因斯坦拒绝接受牛顿关于绝对时间和绝对空间的观点。他提出的是他自己对时空的看法。三维空间和一维时间构成四维时空。为了帮助可视化穿越时空的路径，物理学家采用了一种称为块宇宙的概念，它映射了过去、现在和未来的所有事件。1907年，赫尔曼·明科夫基发明了另一种表示时空的方法。它被称为闵可夫基时空图。它确实给了我们一种图解的方式来说明相对论的一些令人困惑的效应，如时间膨胀，长度收缩

光的恒久

爱因斯坦继续挑战有200年历史的牛顿物理学。他思考了光的行为，得出结论说光速是恒定的。有些东西可能是相对的，但光速却是绝对的。光的速度从来不取决于观测物体的运动或发射源。这在牛顿物理学中是没有意义的——速度是加在一起的。爱因斯坦的光假设被迈克尔逊和莫雷证明了——他们发现无论他们如何测量，光速都是一样的。爱因斯坦获得。一次。

1983年，光速被定义为

C = 299 792 458米/秒

科学家们用c作为符号。这个词来自拉丁语“celeritas”，意思是“迅速”!

爱因斯坦理解时间的方式

想象你自己在空间站里发射光脉冲。你的朋友住在一艘以c/2 (c= 3 × 10)的速度离你而去的宇宙飞船里⁸女士^－1你的朋友测量的光速是多少?根据我们的常识，答案可能是c/2。但这是错误的!根据爱因斯坦的光假设，光将以c的速度到达飞船。我们知道，v= d/t。为了使所有的观测都能保持光速恒定，距离和时间都应该改变。

Δt =观察者时间

Δt₀固有时

根据狭义相对论，一个人在空间中移动得越快，在时间中旅行就越慢。当一个人接近光速时，事件间隔之间的时间似乎变慢了。这种现象被称为时间膨胀。这意味着时间的测量取决于观察者。在实验中，比如在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机中，亚原子粒子以接近光速的速度碰撞，或者在太空旅行中，甚至在GPS中，时间膨胀的影响都被考虑在内。我们越接近光速，这些相对论对时间的影响就越大。在原子钟上进行的实验表明，在飞机上飞行的原子钟比在地面上飞行的原子钟慢几千亿分之一秒

爱因斯坦对洛伦兹-菲茨杰拉德收缩的解释是:

爱因斯坦对弯曲时间的追求并没有使他满意。他也想把这个地方弄一新。他观察到，接近光速的运动似乎会沿着运动方向收缩。它被称为洛伦兹-菲茨杰拉德收缩，以两位物理学家的名字命名，他们提出了它作为迈克尔逊-莫雷实验失败的解决方案。爱因斯坦证明了它是真实的，它是空间和时间属性的结果。为了保持光速不变，空间的大小必须缩小。任何物体在接近光速时，只是在运动方向上变短了!可以说，从数学上讲——

质能是什么?

1840年，物理学家威廉·汤姆森(又名开尔文勋爵)意识到，驱动许多不同过程的能量可以用能量从一个系统到另一个系统的转移来解释。例如，储存在你能量中的化学能使你移动——换句话说，化学能被转化为动能。如果一个物体被说成有势能或被描述为有能量，这意味着它能做功。宇宙中的能量是有限的，既不能被创造也不能被毁灭。

纽特的能量对话观认为，能量在一个系统中进行转换。能量储存在保守力场中，而不是物体中!200年后，爱因斯坦提出了质能守恒的概念，这意味着质能在系统中转换。质量和能量是同一枚硬币的两面。如果一个物体增加了质量，它就失去了能量。另一方面，如果一个物体失去质量，它就会获得能量。爱因斯坦就是这样提出了他最著名的方程E=mc^2 !