狭义相对论七问
狭义相对论
狭义相对论狭义相对论是爱因斯坦在1905年提出的一种物理学理论，它主要研究的是在匀速直线运动的参考系中，时间和空间的变化规律。
下面将从四个方面详细回答这个问题。
一、狭义相对论的基本假设狭义相对论的基本假设有两个：一是物理定律在所有惯性参考系中都是相同的，即物理学的基本规律具有相对性；二是光速在真空中是不变的，即光速是一个普遍不变的常数。
二、狭义相对论的主要内容狭义相对论的主要内容包括以下几个方面：1. 时间的相对性：不同的惯性参考系中，时间的流逝速度是不同的，即时间是相对的。
2. 长度的相对性：不同的惯性参考系中，长度的测量值是不同的，即长度也是相对的。
3. 质量的变化：物体的质量随着速度的增加而增加，当物体的速度趋近于光速时，质量无限增大。
4. 能量的等效性：质量和能量是可以相互转化的，质量可以转化为能量，能量也可以转化为质量。
三、狭义相对论的实验验证狭义相对论的假设和内容在很多实验中都得到了验证，例如：1. 米歇尔逊-莫雷实验：实验证明了光速在不同方向上的测量结果是相同的，即光速是不变的。
2. 布拉格实验：实验证明了快速运动的电子具有更大的质量，证明了质量的变化。
3. 电子加速器实验：实验证明了质子在高速运动时具有更大的质量，证明了质量的变化。
四、狭义相对论的应用狭义相对论在现代物理学中有着广泛的应用，例如：1. GPS导航系统：GPS导航系统需要考虑相对论效应，才能准确测量卫星和接收器之间的距离。
2. 粒子物理学：狭义相对论对粒子物理学的研究有着重要的影响，例如粒子加速器和粒子探测器的设计和使用。
3. 核能技术：狭义相对论对核能技术的发展也有着重要的推动作用，例如核反应堆的设计和核武器的制造。
总之，狭义相对论是现代物理学的基础之一，它的理论和实验研究对于我们对自然界的认识和技术的发展都有着重要的影响。
大一狭义相对论知识点总结
大一狭义相对论知识点总结引言狭义相对论是德国物理学家爱因斯坦提出的一种理论物理学理论。
它首先通过爱因斯坦在1905年提出的特殊相对论治疗，引起了物理学家和数学家的广泛兴趣。
特殊相对论的提出，颠覆了牛顿力学对于时间和空间的观念，揭示了新的科学世界。
狭义相对论主要关注的是质点的运动，在匀速直线运动的参考系中，物体的质量与速度之间存在着简单的关系。
这一理论不仅在理论物理学领域引起了巨大的影响，也在实用物理学和工程学中具有重要的应用价值。
下面将围绕狭义相对论的基本概念、数学公式以及实际应用等方面进行详细的介绍。
基本概念相对论的提出突破了以往对于时间和空间的观念，提出了新的物理学理论。
其中最重要的概念之一就是“相对性原理”，它指出物理定律在所有惯性系中都相同的性质。
即使在不同的参考系中，物理定律也是不变的，这就是相对性原理的核心。
在相对论中，时间和空间也都不再是绝对的，而是与观察者的参考系相关的。
因此，相对论是一种与经典力学有着根本区别的物理学理论。
在特殊相对论中，另一个重要的概念是“光速不变原理”，它指出在任何惯性系中，光速都是一个恒定不变的值。
光速的不变性使得时间和空间的测量都变得相对而言，这也是狭义相对论与牛顿力学最大的不同之处。
数学公式狭义相对论涉及到了一些重要的数学公式，这些公式揭示了时间和空间的相对性质。
其中最重要的一条公式就是爱因斯坦提出的质能关系公式，它表示了质量和能量之间的等价关系，在相对论中，质量并不是一个不变的量，不同的观察者会测得不同的质量值。
而质能关系公式则揭示了质量与能量之间的等价关系，它可以用来描述物质的能量转化过程，是狭义相对论中的核心公式之一。
另外，相对论中还有着动量和能量之间的关系，这一点也揭示了物理量在不同惯性系中的变化规律。
总的来说，相对论的数学公式揭示了时间和空间的相对性质，揭示了一种新的物理学理论。
实际应用相对论不仅在理论物理学领域具有重要的理论意义，也在实际的科学研究和工程应用中发挥着关键作用。
爱因斯坦 狭义相对论
爱因斯坦的狭义相对论是他在1905年提出的一种描述物理世界的理论。
狭义相对论主要涉及到时间、空间和速度的相对性，它建立在两个基本原理上：
1. 相对性原理：物理定律在所有相对惯性参考系中都具有相同的形式。
这意味着无论观察者的运动状态如何，物理规律都保持不变。
2. 光速不变原理：在真空中，光的传播速度是恒定不变的。
无论光源和观察者相对于其他物体是如何运动的，光速始终是同样的值。
根据狭义相对论的原理，爱因斯坦提出了一系列概念和结论：
1. 相对性时间：观察者的运动状态会影响时间的流逝。
当观察者的速度接近光速时，时间会相对于其他静止观察者流逝得更慢。
2. 相对性空间：观察者的运动状态也会影响空间的测量。
根据相对性原理和光速不变原理，爱因斯坦提出了著名的洛伦兹变换，它描述了空间和时间之间的相对性关系。
3. 质能等效：爱因斯坦得出了最著名的公式E=mc²，其中E 代表能量，m代表质量，c代表光速。
这个公式表明质量和能量之间存在等效关系。
狭义相对论颠覆了牛顿时代的绝对时间和空间观念，提出了一种全新的物理观点。
它在精确的测量和高速运动的领域中得到了验证，对于现代物理学的发展产生了深远影响。
狭义相对论习题、答案与解法(2010.11.22)
狭义相对论习题、答案与解答一． 选择题 1. 有下列几种说法：（1） 真空中，光速与光的频率、光源的运动、观察者的运动无关； （2） 在所有惯性系中光在真空中沿任何方向的传播速率都相同； （3） 所有惯性系对物理基本规律都是等价的。
请在以下选择中选出正确的答案（C ）A 、 只有（1）、（2）正确；B 、 只有（1）、（3）正确；C 、 只有（2）、（3）正确；D 、 3种说法都不正确。
2.（1）对某观察者来说，发生在某惯性系同一地点、同一时刻两个事件，对于相对该惯性系做匀速直线运动的其他惯性系中的观察者来说，它们是否同时发生？（2）在某惯性系不同地点、同一时刻的两个事件，它们在其他惯性系中是否同时发生？（A ）A 、（1）同时，（2）不同时；B 、（1）不同时，（2）同时；C 、（1）同时，（2）同时；D 、（1）不同时，（2）不同时。
参考答案：（1） ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧=∆=∆-∆-∆='∆001222x t c v x c v t t 0='∆t（2） ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧≠'∆='∆-''∆+'∆=∆001222x t c v x cv t t 2221c v x c v t -'∆=∆3．K 系中沿x 轴方向相距3m 远的两处同时发生两事件，在K '系中上述两事件相距5m 远，则两惯性系间的相对速度为（A ） A 、c )54( ； B 、c )53(； C 、c )52(； D 、c )51(。
参考答案：221cv vt x x --=' 221cv t v x x -∆-∆='∆ c c x x c v 54531122=⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛'∆∆-=4.两个惯性系K 和K '，沿x x '轴方向作相对运动，相对速度为v ，设在K '系中某点先后发生两个事件，用固定于该系的钟测出两事件的时间间隔为0t ∆，而用固定在K 系的钟测出这两个事件的时间间隔为t ∆。
狭义相对论的典型问题(1)
.
)
(3)
根据极坐标与直角坐标的关系
u = ux2 u2y uz2 ， tan
可得速度值及其方向的变换关系
(u v)2 (u v)2 /c2 ， 1 u v/c2
(4)
tan
=
usin (ucos
v)
.
当 K 相对于 K 的速度 v 沿任意方向时上式也成立. 在上式第 2 式中令 u = c , 光传播方向的洛伦兹速度变换为
tEM tM E = 2t .
(b) 地面系中，光波由 E F 的传播时间和距离分别是 tEF , xEF c . 飞船接收到信
号后到达月球还需运动的时间为
tFM
xEM xEF v
1
t
.
(4)
当宇航员接收到地面发射的信号时认为飞船与地面距离是
xE F = xEF vtEF = c / .
6
射出去，当发射台时钟读数为 t1 时，又发射一艘更快的宇宙飞船 B，以速度V v 飞离地球， 并在地球上时钟读数为 t 2 时刻赶上宇宙飞船 A．请问：
(a) 当发射台发射飞船 B 时，飞船 A 上的时钟读数是多少？此时地球离飞船多远？
(b) 当两艘飞船相遇时，飞船 A 和飞船 B 测量相遇点离地球的距离各是多少？并加以比较.
1.2 单向光速不变性 假设地球和月球相对静止, 在地面向月球发射一束光波, 经 2t 时间后 光波到达月球并反射回到发射台，在此期间有一艘飞船以速度 v 从地球飞向月球. 请问： (a) 飞船系中观测光波从地面到月球和从月球反射到地面的时间间隔和光速分别是多少？ (b) 为了判断飞船何时到达月球, 地面向飞船发射一束光波，在 2 时间内接收到飞船反射 回来的信号. 从飞船接收到信号算起, 地面和飞船各认为飞船还需要多少时间到达月球？ (c) 宇航员接到地面信号的同时, 向月球发射一束光波，在 2 时间内接收到月球反射回来 的光波，求出 与 t 和 的关系. 解：单向光速不变性是与相对论理论相容的一个约定: 对任意惯性观测者，无论是发射还是 接收光波均认为光速值为 c . 记地面发射台、月球基站和飞船分别为 E、M、F.
自然辩证法题目
1.什么是狭义相对论？狭义相对论是由爱因斯坦、洛仑兹和庞加莱等人创立的，应用在惯性参考系下的时空理论。
也是对牛顿时空观的拓展和修正。
按照狭义相对论而言，物体运动时质量会随着物体运动速度增大而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。
2.狭义相对论的基本观点?①物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是用两个在互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系。
②任何光线在“静止的”坐标系中都是以确定的速度c运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。
”其中第一条就是相对性原理，第二条是光速不变性(人为假定的）。
整个狭义相对论就建筑在这两条基本原理上。
3.什么是悖论？悖论是英文paradox一词的意译。
从广义上说，凡似是而非或似非而是的论点，都可以叫做悖论。
从狭义上说，悖论是从某些公认正确的背景知识中逻辑地推导出来的两个相互矛盾命题的等价式(即p→﹁p或p∧﹁p)。
悖论是一种特殊的逻辑矛盾，其特殊性表现在：①悖论是相对于一定的背景知识而言；②悖论是从某些公认的背景知识中合乎逻辑地推导出来的；③悖论是指两个相互矛盾命题的等价式(即p→﹁p或p∧﹁p)。
下列方框内的语句即提供了一个简单的语义学悖论的例子。
它完全符合上述悖论概念的三个要点。
在该悖论面前，经典逻辑学的基本大法——矛盾律、排中律失效。
悖论或二律背反（“悖论”在英文中还有一个词antinomy，这个词在哲学文献中又译为“二律背反”。
德国哲学家康德首次把自己所发现的悖论称为“二律背反”(德文antinomie)。
康德认为，人类的认识由感性、知性和理性三个环节组成，当人类运用作为知性固有的先天思维形式的范畴，试图去把握世界整体，即认识进入“理性”阶段时，必然陷入二律背反。
）怪圈（1979年，美国数学家霍夫斯塔德(D.R.Hofstadter)认为悖论就是一个“怪圈”(strange loop,又译为奇异的循环)，它是由于“自我相关”而导致的。
狭义相对论七问
狭义相对论七问刘朝建重庆金阳物业公司，重庆南坪（400060）E-mail：liuchaojiann@摘要：本文首先通过对光的运动与实物机械运动的对比分析论证，指出光的运动不是实物机械运动，将建立在实物机械运动的力学相对性原理推广到光学中缺乏事实和理论根据，其真实性，合理姓令人质疑：其次，从光学角度将，光速不变原理与伽利略变换之间并不存在不可调和的矛盾，狭义相对论之所以认为光速不变原理与伽利略变换之间存在不可调和的矛盾，是因为狭义相对论把光的运动等同于了实物机械运动，把光速等同于了实物机械运动的惯性速度：第三，牛顿力学的适用范围是实物机械运动，而光学的适用范围是光的运动：第四，对迈克尔逊——莫雷光学实验科学合理的解释是应用经典光学理论，所谓经典物理学万里晴空的一朵乌云并不是经典物理学存在问题，而是把光看成是“以太”为介质的物质机械波并以此为依据验证地球相对于“以太”的速度在实验方法和原理上是错误的：第五，自然存在的空间并不会随着物质运动状态的改变而改变，也不会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变：第六，狭义相对论的洛伦兹变换在现实中是不能自洽的：第七，现有的物理实验不能确证狭义相对论的物理结论。
关键词：力学相对性原理光速不变原理迈克尔逊——莫雷光学实验 洛伦兹变换“人类的大多数制度要求人们的绝对信仰,.而科学的态度则使怀疑成为美德。
”----默顿1.光的运动是实物机械运动吗？，将建立在实物机械运动的力学相对性原理推广到光学中有何事实和理论根据？对任何自然科学理论的认识，不仅要知其然,而且还要知其所以然，不仅要了解自然科学理论讲了什么，而且还要知道自然科学理论的理论前提和依据是什么，是通过什么样的认识方式建立起来的，只有这样对自然科学理论的认识才能是全面和深入的，狭义相对论是建立在光学的光速不变原理与牛顿力学的力学相对性原理的自然推广的基础上的，因此要理解狭义相对论，就必须全面、正确认识光的运动和实物的惯性运动，就必须全面、正确认识光学和牛顿力学.光的运动和实物机械运动无论从运动的主体、运动的形式、运动的规律以及描述、刻画的方式都存在着根本的区别, 光的运动主体是电磁场, 实物机械运动主体是实物, 电磁场和实物是两种性质、形态不同的物质，从运动形式看，光的运动是波动，而实物的运动是机械运动，波动和机械运动是物质的两种不同的运动形态，从运动规律看：光的运动遵循的是光的直线、独立、反射、折射、干涉、衍射、偏振等光学定律和规律，而实物的机械运动遵循的是牛顿力学三大定律和力学相对性原理；从描述、刻画的方式看:光的运动是以光的几何路程、光程、光速、光的传播时间、光的频率、波长等来描述、刻画的、光速是波速、是光程与传播时间之比，其大小由真空介电常数，真空磁导率决定的，光速Ｃ与参照坐标系的选择运动状态无关，始终为一恒值，光速是标量。
相对论习题选(09.3.)
1
v2 c2
54m
(2) t' L0 3.75 107 S v
t L 2.25 107 S v
21. 一门宽为 a ，今有一固定长度为 l0 (l0 a)
的水平细杆，在门外贴近门的平面沿其长度方向匀速 运动，若站在门外的观察者认为此杆的两端可同时被
v 拉进此门 , 则该杆相对于门的运动速度 至少为大？
[C]
(C) v = (4/5) c． (D) v = (9/10) c．
11、根据相对论力学,动能为 0.25 MeV的电子，其 运动速度约等于 (A) 0.1c (B) 0.5 c
(C) 0.75 c (D) 0.85 c ( c表示真空中的光速，电子的静能m0c2 = 0.51 MeV)
提示：E ( 1)m c2
[C]
K
0
12、一观察者测得一沿米尺长度方向匀速运动着 的米尺的长度为 0.5 m．则此米尺以速度v ＝
_2_._6_0__1_0_8_m·s-1接近观察者．
13、设电子静止质量为me，将一个电子从静止加 速到速率为 0.6 c (c为真空中光速)，需作功 0.25mec2 ______．
14、在某地发生两件事，静止位于该地的甲测得
狭义相对论总结
一、狭义相对论两条基本假设( 或原理 )
1、相对性原理：物理学定律在任何惯性系中都是 相同的。 2、光速不变原理：在所有惯性系中，测得光在真 空中的速率都是 C 。（光在真空中的速率与发射 体及观察者的运动状态均无关）
二、洛仑兹变换
x (x, ut , )
或 x, (x ut )
的动能等于它的静止能量．
19.
观察者甲以
4 5
c
的速度（c为真空中光速）相对
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据 ，全面深刻 的认识 自然科学理论 ，才 可以有效运用 。狭义相对 上 ，必定 以牛顿力学为根据。
论 主要建立在两大理论基 础上 ，即光速不变理 论和惯性 系等价
而光的描述的科 学理论是光学 ，在光学 理论 中，如几何 、波
原理的拓展 。所以 ，只有 了解并掌握了上述两大理论 基石 ，进一 动光学 中，对光描述与参 照系的选择和运 动无关联 。例如光 程
光速 ＝光程／传播时间，光速既是波速 ，也可 以看成是速率 ，它是 与力学定律没有关 联 ，而 牛顿力学 的惯性 系等价原理与 物体 的
一 个无方向数值恒定的标量 ；对于实物机械 运动来说 ，基 于牛顿 惯性运动 、力学定律 、参照物的选择 和运动有关 系 ，而且 是建立
力学 ，可 以通过质量 、位 矢 、惯 性速度 等特性来 进行描述 。在 力 以此为基础的 ，因此 ，将惯性系等价原 理拓展 到光学 中显然是不
步了解光学和力学 ，才可以全面认识并理解狭义相对论 。
是光的几何路程与 介质的折射率 的乘积 ，而光 的几何路程是 由
光和物体 的惯性运 动在运动 主体、运动形 式等方面 都存在 光在空间中所经过 的几何距离决定 的 ，它们 都与参照系 的选 择
差异 ，具体来说 ，光 是凭借 电磁 场才可 以产生 ，而物体 的惯性运 没有关联 ，也不以参照物为基点描述 的，不仅仅是光 速与参 照系
的 ，而不是机械 运动 。从运 动规 律 的角度 出发 ，光运 动包 含 直 的。参照物的改变也不会改变对它们的描述。所 以在光学理论 射 、反射 、折射等多种规律 ，而不包 含力学 三大定 律。从 描述方 中 ，如几何 、波动光学 中，光学计算 只需 要考虑光 学器件 的几何
式的角度 出发 ，光需 要通过光 程、光速 、频率等 多种特性 来详 细 距离 、光学路径 、光源性 质、介质 、实验方 案等 因素 ，而不需要 确 描绘和刻画 ，其 中 ，光程是光的路程 ，光速可 以用下列等式表示 ： 定参照系 ，它是否是惯性 系 ，光的描述 与参照 系的选择 和运动 ，
２对 光速 不 变 原理 的 认 识 是 应 该 建 立 在 光 学 ，还 是 力 学 上 ？
关键词 ：惯性 系等价 原理 ；光速不变原理 ；迈克 尔逊—— 莫雷光学实验 ；洛伦兹变换 中 图分 类 号 ：０４１２．１
“人类 的大多数制度要 求人们 的绝对 信仰 ，．而科学 的态度 及运动状态等 。具体而言 ，以参照物为基 点 ，对实物 的运动过程
则使怀疑成为美德 。”
进行详细的位置描述 ；所 谓位矢 ，就是以参照 物标准 ，对实物 和
动是通过实体在空 间机械运动 才可 以产生 ，由此可 知这两者 的 的选择和运动无关联 ，光的几何 路程 、光程 、光 的传播 时间、光的
运动主体完全不同 ，一个是无形 的电磁场 ，一个 是有形 的实体 物 周期 、波长 以及 光的直线 、反射 、折 射、干 涉、等光 学定律都 与参
质。从运动形式的角度 出发 ，光是 通过波动 的形式来 实现运 动 照系的选择和运动无关。因为它们也不是 以参 照物为基点描述
学 中，位矢描 述的 是物 体位 置 ，而 不是 物体 通 过的距 离——路 合适的 ，是无视光与实物 的性质和机 械运动存 在的根本差异 ，是
程 ，惯性速度是 以 时间为变 量对 位矢 的求导 ，它受 参照 物 的影 将惯性 系等价原理脱离现实、无限制绝对化 、扩大化的结果 。
响 ，因参照物异而异 ，它是一个方 向，大 小可变的矢量 ；物人 们对 自然科 学理论 的认 系 中的机械运动符合牛顿力学的基本 原理 。这就是惯性 系等 价
识有 时还停 留在表面 ，这在一定 程度上阻 碍了社会 的进 步。对 原理 ，只有在牛顿力 学的基础上 ，才能得 出惯 性系等 价原理 ，由
此 ，人 们不仅 要 了解 自然科 学 理论 ，更 要知 道其 原理 和事 实依 此可知 ，我们要拓展惯性系等价原理 ，进一步将到拓展其他运 动
— — 默 顿 参照物的空间位直进行 描述 ，所 以 ，参照物 的不同 ，位 矢在数值
１光 的运 动是 实物 机 械 运 动 吗 ？ 将 建 立 在 实物 机械 运 动 的 大小以及方 向上也就不 同。机械运动遵照力学基本原理所成立
力学相对性原理推广到光学 中有何事实和理论根据
的参照坐标系就是惯性 系，反之则是非惯性 系。所 以，处 于惯 性
诒 理论研究
ＤＯＩ：１０．１９３９２／ｊ．ｅｎｋｉ．１６７１—７３４１．２０１８０６１７２
狭 义 相 对 论 七 问
科技风２０１８年２月
刘朝建
重 庆 金 阳骑 龙 山庄 物 业公 司 重 庆 ４０００６０
摘 要 ：本 文首先通过对 比分析论证光与物体机械运动 ，提 出光不是物体的机械运动 ，缺乏事实和理论根据将建立在 物体机械 运 动上的惯性 系等价原理拓展 到光 学中：其次 ，光速不变原理与伽 利略 坐标 变换从光 学角度讲 并不存在矛盾 ，狭义相对论认为二者之 间 存在矛盾 ，是 因为狭 义相对论把 光与实物机械 运动 ，光速与机械 运动 的速度等 同了：第三 ，经典力学的适用范围是物体机械运动 ，而经 典光 学的适用范围是光的波动：第四，经典光学理论 能够科 学合理地解释迈克 尔逊——莫雷光学实验 ，经典物理 学所谓万里晴空的一 朵乌云 ，是把光看成是“以太”机械波并以此为基础验证地球“以太”之间的速度在 实验方法和基本原理上是错误 的，而并不是 经典 力 学与光 学存在 问题 ：第五 ，自然的真实空间性质 ，如大小 ，三维正实性 ，并不会 随着物质 运动状态的改变而改变，也 不会 随着人 为设 定 的参照物的改变而改变，也不会 因为数学坐标 系发 生改变而改变：第六 ，洛伦兹 变换在现 实中难 以 自洽 ：第七 ，狭 义相对论 的推论在 现 有 的物 理 实验 中不 能确 证 。