相对论性质量
相对论性质量
我们知道，对质量的不同看法，是相对论力学和经典力学的重大分歧之一。经典力学中，一个物体的质量是恒定不变的，与物体的运动状态无关；相对论力学则认定，一个物体的质量是可变的，与其运动的速度有关，即
式中m为运动质量，简称动质量：m0为“静止质量”，简称静质量。(1)式通常被称为“质速关系式”，是相对论力学的基本公式。
然而，笔者认为，经典的质量观是正确的，相对论的质量观是错误的，理由如下。
(1)相对论性质量违反力学相对性原理。为便于论证，我们假设有一个“静止的”惯性系k和一个相对于k系以速度v运动的惯性系K，系静止的物体，相对于K系便是以速度V 运动的。现在的问题是：把一个相对于k系静止时质量为
m0的物体摆放在k＇，系上，它对于k＇系的质量是否会增加?
令该物体在k＇系上的质量为m，按(1)式显然有m≠m0。这样，惯性系k和惯性系k＇就不是等价的。当我们用同样的力作用于该物体，它在k系和k＇系上就会产生不同的加
速度，从而可以区分这两个惯性系，进而甚至可确定一个惯性系究竟是静止的还是运动的。但是，力学相对性原理告诉我们，力学定律在所有的惯性系都是等价的，因此不可能出现那样的结果。可见，力学相对性原理是人类实践经验的总结，经受了长期的检验，爱因斯坦也是完全赞同的，他还把它推广到电动力学上，作为狭义相对论的两个公设之一。因此，违反力学相对性原理的相对论性质量观，是错误的。
(2)“动质量”和“静质量”是不可区分的。我们知道，物理学中“动”和“静”是相对的，不是绝对的。飞机上的行李，相对于地面而言，它是运动的，但相对于飞机而言，它是静止的。该行李放在地面上时，相对于地面是静止的，但相对于飞行飞机却又是运动的，更不必说，它对于太阳、银河等等总是处在运动中。因此，任何一个质量都既是“静质量”，又是“动质量”，绝对的静止质量和绝对的运动质量都是不存在的。
(3)质速关系式不能解释光子的质量。质速关系式(1)包含有光速c，故它必须适用于光子。但是，(1)式却不能解释光子的质量问题，因为：如果光子具有静质量(≠0)，则在真空中光子的动质量据(1)式便为无穷大；这当然是荒谬的；如果光子的静质量为零，因光在空气、水、玻璃等介质中的速率小于c，故在这些介质中的光子的动质量便为零，于是光子的能量为零。这当然与事实不符。既然质速关系式(1)不能解
释光子的质量，故它必假无疑。
需要指出的是，荷电粒子的所谓质速关系实际上与相对论不相干，证如下：
仍假设有两惯性系k和k＇，它们的对应轴相互平行，而且k＇系相对于k系以u=0．866c(约2．6×108m／s)的速率沿x轴方向运动。今有一静质量为mo(相对于K系而言)的类点粒子A又以u＇=0．866c的速率相对于k＇系沿x＇轴向作惯性运动(见图)，求该粒子的动质量。可用两种计算方法：
(1)分步法
令该粒子相对于k＇系静止时的质量为m0＇，根据质速关系式(1)，其动质量为
显然，两种结果4．0m0与7．1m0是绝对不等的，由此可证，质速关系与相对论无关。更重要的是，史实表明：质速关系在1905年以前已问世。
在这里有必要讨论一下“限速”问题，因为它被当作“质增”的主要实验依据。所谓“限速”，指的是一个粒子或物体的速率不能超过真空中光速值。实验表明，不论我们用多强的电磁场去加速粒子，它的速率都不能大于c。对于这种现象，相对论的解释是：“物体的质量不再是常量，它随速率的增大而增大。”然而这并不是唯一的解释。许少知等认为：质增只是一种假象，真正原因是有效作用力因力传递速
度的有限性(指不是无穷大)而降低。窃以为，许少知的解释是正确的，相对论的解释是错误的。
“限速”问题其实就是“限能”问题。因为按照经典力学的动能公式，粒子的动能必定是有限的。这就是说，电子的动能不能大于0．256MeV，质子不能大于469．1MeV。但按照相对论“质增”的解释，粒子的动能可以是无限的――只要有足够高的加速电压，因此，只要解释了限能问题，也就等于解释了限速问题。要解释限能问题，可利用功能原理。该原理告诉我们：合外力对质点所做的功等于粒子动能的增量。用公式表示为
功能原理对于低速运动的物体无疑是正确的，那么对于高速运动的粒子是否也正确呢?这是一个必须首先要解决的问题。
笔者认为，功能原理不仅适用于低速运动的物体，而且也适用于高速运动的粒子。因为：1.如果该原理对高速粒子不成立，相对论动能的推导就不成立，因为其推导的一个依据就是功能原理。所以，功能原理对高速粒子必须成立；2.如果功能原理对高速粒子不成立，则意味着能量守恒定律对高速粒子不成立。这当然是不可能的。
于是，根据功能原理，粒子的动能为mv2/2，而电磁场对粒子所做的功必定等于粒子的动能，既不多也不少。因此，
经典质量是正确的。相对论性质量是错误的。“限速”75能作为“质增”的实验证据。
相对论性质量是相对论力学的基础，因此，证伪了相对论性质量也就从根本上否定了相对论力学。
经典力学是人类长期实践经验的总结，是物理学乃至整个自然科学的基石。它不仅适用于宏观、低速的物体，也适用于微观、高速的粒子。至于经典力学的局限性，相对论并没有真正抓到。
相对论中的质量与动量
相对论中的质量与动量 爱因斯坦是第一位明确表述全部物理学的新运动学基础的物理学家，虽然这种新运动学在 Lorentz 的电子论中已经存在了.1905年，通过他对时空间隔概念的批判性考察，这种运动学出现了.基本相互作用统一物理世界图象的方向是爱因斯坦在创立相对论的过程中开辟的.他在解决牛顿力学和电动力学不协调矛盾中没有因循上述的归一思想，他不企图把力学现象和电磁学现象归结为其中任何之一，而是在一个新的时空构架中把两者统一起来.他的狭义相对论实现了在运动学水平上的两者统一. 相对论质量公式的简单推导： 推导的依据：质量守恒(其实质是能量守恒)、动量守恒、洛伦兹速度变换. 设S 系中有两个相同的球A 、B ，其中B 静止，A 以速度v 与B 发生完全非弹性碰 撞. S 系：质量守恒： o m m M += 动量守恒：)1.........()(mv V m m MV o =+= 所以有： )2..(..........V v m m m o =+ S /系：质量守恒： o m m M += 动量守恒：)3.........()(mv V m m MV o -='+= 比较（1）、（3）得： )4(.......... V V -=' / o x /
由洛伦兹速度变换： 22 22211111c v v V c vV V v c Vv v V V V c Vv v V V -=-=---=-='∴--=' 将（2）代入上式：2 2 11c v m m m m m m o o +-=-+ 所以有：221c v m m o -= 证 毕. 爱因斯坦狭义相对论，是建立在所谓的惯性系统中的时空理论.惯性是狭义相对论存在的基 础，因为在惯性系统内，做匀速直线运动的物体的数学物理方程，才满足线性迭加规律.Lorentz 在1904年已经推导出了电子的纵向质量与横向质量的公式[1]，它们分别是： m L = m / (1 – v 2/c 2) 3/2 （1） 以及 m t = m / (1 – v 2/c 2) 1/2 （2） 爱因斯坦在他1905年的论文《论动体的电动力学》中也推导了电子的“纵”质量和“横” 质量（原文中有引号）[2].《论动体的电动力学》的第10节“（缓慢加速的）电子的动力 学”中，Einstein 讨论了这个问题.他从运动方程出发，经过洛伦兹—Einstein 坐标变换， 得出了一组结果：然后保持“质量×加速度=力”的方程形式，通过比较而导出了电子的纵 质量和横质量 式中m o 为物体的静质量.Einstein 所得到的纵质量m L 随速度变化的关系与洛伦兹的结果相同，可是横向质量公式写成： m t = m / (1 – v 2/c 2 ) （3） 公式（3）与Lorentz 的公式（2）不同.爱因斯坦在公式（3）下面有一段文字说明： “采用不同的力与加速度的定义，我们自然会得到其它的质量值.这告诉我们，在比较电子运动的各种理论时，必须十分谨慎地进行.”
10.相对论坐标速度变换
H.Yin H.Yin 一、经典力学的时空观 ——牛顿力学的基础 §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换 H.Yin 惯性参考系之间的时空变换x Z X X Z §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换H.Yin 换z z u u ?′=?换z z u u ?′=?r r r Δ=Δ+Δ §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换 H.Yin (二) §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换H.Yin (三) 绝对时空观遇到挑战 1887年,美国物理学家迈克尔逊和莫雷为证明以太的存在一起设计了测量地球在以太中运动速度的实验 §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换
H.Yin M 若地球相对以太以v 运动，则以太风从右边吹来。 §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换H.Yin 1.在实验室v 以太风 21v c c ??? ? ? §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换 H.Yin 2.在实验室S’系观察v 以太风 v ?22 c v ?u u u =+ §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换H.Yin 2l 2l 2211c c c c ????????? ?§4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换 H.Yin 如果实验前提正确，应该观察到0.4条的条纹移（2）光在真空中的速度与发射体的运动状态无关 ——光速不变原理 §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换 H.Yin 讨论 力学规律二、洛仑兹变换-----时空坐标的变换 §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换
H.Yin 1，时空坐标的测量测量某时某地发生闪电用静止尺子两个条件：满足相对性原理及光速不变原理； 质点速度远小于光速时，退化为伽利略变换H.Yin ''x vt +2 1c ?2 1v c ?§4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换 H.Yin H.Yin 令 1 v 的必然结果 2）时间(t ，t ’)与空间(x ,x ’)、速度(v )相关，非独立§4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换 H.Yin 5）速度有极限 v v c ≤§4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换 H.Yin 甲乙两人所乘飞行器沿o x 轴作相对运动。甲测得221t t x c β′= ?? ??? ?例题4-1 H.Yin 可知, 乙所测得的这两个事件的时间间隔是 2 1c ?例题4-1解
【精品试卷】教科版高中物理选修3-4第4节 相对论的速度变换定律 质量和能量的关系复习专用试卷
高中物理学习材料 （精心收集**整理制作） 第4节相对论的速度变换定律质量和能量的关系 第5节广义相对论点滴 1．相对论的速度变换公式：以速度u相对于参考系S运动的参考系S′中，一物体沿与u 相同方向以速率v′运动时，在参考系S中，它的速率为________________．2．物体的质量m与其蕴含的能量E之间的关系是：________.由此可见，物体质量________，其蕴含的能量________．质量与能量成________，所以质能方程又可写成________．3．相对论质量：物体以速度v运动时的质量m和它静止时的质量m0之间有如下的关系________________． 4．广义相对论的两个基本原理 (1)广义相对性原理：在任何参考系中物理规律都是____________． (2)等效原理：一个不受引力作用的加速度系统跟一个受引力作用的惯性系统是等效的． 5．广义相对论的几个结论： (1)光在引力场中传播时，将会发生________，而不再是直线传播． (2)引力场使光波发生________． (3)引力场中时间会__________，引力越强，时钟走得越慢． (4)有质量的物质存在加速度时，会向外辐射出____________． 6．在高速运动的火车上，设车对地面的速度为v，车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动，那么他相对地面的速度u与u′＋v的关系是() A．u＝u′＋v B．u
相对论性质量
相对论性质量 我们知道，对质量的不同看法，是相对论力学和经典力学的重大分歧之一。经典力学中，一个物体的质量是恒定不变的，与物体的运动状态无关；相对论力学则认定，一个物体的质量是可变的，与其运动的速度有关，即 式中m为运动质量，简称动质量：m0为“静止质量”，简称静质量。(1)式通常被称为“质速关系式”，是相对论力学的基本公式。 然而，笔者认为，经典的质量观是正确的，相对论的质量观是错误的，理由如下。 (1)相对论性质量违反力学相对性原理。为便于论证，我们假设有一个“静止的”惯性系k和一个相对于k系以速度v运动的惯性系K，系静止的物体，相对于K系便是以速度V 运动的。现在的问题是：把一个相对于k系静止时质量为 m0的物体摆放在k＇，系上，它对于k＇系的质量是否会增加? 令该物体在k＇系上的质量为m，按(1)式显然有m≠m0。这样，惯性系k和惯性系k＇就不是等价的。当我们用同样的力作用于该物体，它在k系和k＇系上就会产生不同的加
速度，从而可以区分这两个惯性系，进而甚至可确定一个惯性系究竟是静止的还是运动的。但是，力学相对性原理告诉我们，力学定律在所有的惯性系都是等价的，因此不可能出现那样的结果。可见，力学相对性原理是人类实践经验的总结，经受了长期的检验，爱因斯坦也是完全赞同的，他还把它推广到电动力学上，作为狭义相对论的两个公设之一。因此，违反力学相对性原理的相对论性质量观，是错误的。 (2)“动质量”和“静质量”是不可区分的。我们知道，物理学中“动”和“静”是相对的，不是绝对的。飞机上的行李，相对于地面而言，它是运动的，但相对于飞机而言，它是静止的。该行李放在地面上时，相对于地面是静止的，但相对于飞行飞机却又是运动的，更不必说，它对于太阳、银河等等总是处在运动中。因此，任何一个质量都既是“静质量”，又是“动质量”，绝对的静止质量和绝对的运动质量都是不存在的。 (3)质速关系式不能解释光子的质量。质速关系式(1)包含有光速c，故它必须适用于光子。但是，(1)式却不能解释光子的质量问题，因为：如果光子具有静质量(≠0)，则在真空中光子的动质量据(1)式便为无穷大；这当然是荒谬的；如果光子的静质量为零，因光在空气、水、玻璃等介质中的速率小于c，故在这些介质中的光子的动质量便为零，于是光子的能量为零。这当然与事实不符。既然质速关系式(1)不能解
狭义相对论中加速度a与力f的关系
第18卷第2期 荆州师专学报(自然科学版)Vo l.18N o.21995年4月Jo urnal of Jingzhou T eacher s Co lleg e(N atur al Science)A pr.1995收稿日期:1994狭义相对论中加速度a 与力f 的关系 阳荣华 程庆华 (荆门市竹园中学) (物理系) 摘要 本文针对关于狭义相对论中加速度a 与力f 的方向关系的一些讨论[1], 采用更为直观、简单的方法,同样得出了加速度a 与力f 的方向关系的普适结果;并通过典型例子较全面地讨论和描述了加速度a 和力f 的方向和大小的相互关系,揭示了在狭义相对论和经典力学中a 与f 相互关系的不同;并讨论了在v /c →0时它们的一致性,从一个侧面说明了经典力学的局限性。 关键词 四维矢量;洛仑兹变换;协变 1 引言 众所周知,在洛仑兹变换下,牛顿力学定律不能保持协变性。由牛顿第二定律f =m a 可以看出,在经典情况下,f 与a 方向一致,a 与f 大小成正比。在狭义相对论中,力f 与加速度a 的方向、大小关系如何呢?本文从狭义相对论基本方程出发,采用直观、简单的方法,较全面地讨论了狭义相对论中f 与a 的关系。 2 相对论的基本方程 静止质量为m 0,相对于参考系速度为u 的质点,其四维速度矢量为[2]: U = u (u ,ic ) (1)其四维加速度矢量为: A =d U d ={ u 2a +1c 2 u 4u(u ?a )},1c i u 4(u ?a )(2)其四维动量为[2]: P =m 0U =m 0 u (u ,ic )=(P ,ic u m 0) (3) 质点所受的四维力为[2]: K = d P d = (dp t ,i c d E d t )= u (f,i c f ?u)(4)狭义相对论的基本方程为[3]: K =dP /d =m 0A (5)将(2)、(4)两式代入(5)式可得: f= u m 0a +1c 2 3u m 0 (u ?a )u (6)其中 u =(1-u 2/c 2)-1/2,a =du /d t 为三维加速度,P =m 0 u u 为三维动量,f 为三维力。
狭义相对论公式及证明
狭义相对论公式及证明 单位符号单位符号 坐标： m (x, y, z) 力： N F(f) 时间： s t(T) 质量:kg m(M) 位移： m r 动量:kg*m/s p(P) 速度： m/s v(u) 能量: J E 加速度： m/s^2 a 冲量：N*s I 长度： m l(L) 动能：J E k 路程： m s(S) 势能：J E p 角速度： rad/s ω力矩：N*m M 角加速度:rad/s^2α功率：W P 一： 牛顿力学（预备知识） (一)：质点运动学基本公式：(1)v=dr/dt, r=r0+∫rdt (2)a=dv/dt, v=v0+∫adt (注：两式中左式为微分形式，右式为积分形式) 当v不变时，(1)表示匀速直线运动。 当a不变时，(2)表示匀变速直线运动。 只要知道质点的运动方程r=r(t)，它的一切运动规律就可知了。 (二)：质点动力学： (1)牛一：不受力的物体做匀速直线运动。 (2)牛二：物体加速度与合外力成正比与质量成反比。 F=ma=mdv/dt=dp/dt (3)牛三：作用力与反作与力等大反向作用在同一直线上。 (4)万有引力：两质点间作用力与质量乘积成正比，与距离平方成反比。 F=GMm/r2,G=6.67259*10-11m3/(kg*s2) 动量定理：I=∫Fdt=p2-p1(合外力的冲量等于动量的变化) 动量守恒：合外力为零时，系统动量保持不变。 动能定理：W=∫Fds=E k2-E k1(合外力的功等于动能的变化) 机械能守恒：只有重力做功时，E k1+E p1=E k2+E p2 (注：牛顿力学的核心是牛二：F=ma,它是运动学与动力学的桥梁，我们的目的是知道物体的运动规律，即求解运动方程r=r(t),若知受力情况，根据牛二可得a,再根据运动学基本公式求之。同样，若知运动方程r=r(t),可根据运动学基本公式求a，再由牛二可知物体的受力情况。) 二： 狭义相对论力学：(注：γ=1/sqr(1-u2/c2),β=u/c, u为惯性系速度。) (一)基本原理：(1)相对性原理：所有惯性系都是等价的。 (2)光速不变原理：真空中的光速是与惯性系无关的常数。 (此处先给出公式再给出证明) (二)洛仑兹坐标变换： X=γ(x-ut) Y=y Z=z
狭义相对论新的延伸推导、纵质量、横质量
关于爱因斯坦狭义相对论中02 1m m v c = ??- ??? 的证明，探讨洛伦兹的纵质量与横质 量与爱因斯坦狭义相对论的联系 作者：王逸源 单位：华北电力大学 摘要：本文通过运用，动量守恒定律，和其相关的一个实验，联系相似性原理，通过数学推导，证明了，狭义相对论的质量关系式。再深入探讨，结合爱因斯坦相对论中，其它关系式，进一步推导出，与相对论相有关的另一个新的质量关系式。 关键词：相似性原理、新的质量关系式、纵质量、横质量 著名的爱因斯坦狭义相对论中，已经通过数学的方法证明了两个公式，一个公式为： 2 1v t t c ?? ?=?- ??? ，另一个公式为：2 1v l l c ?? =- ??? ，而著名的2 1v m m c ??=- ??? 公式，爱因斯坦并没有给出数学证明，下面通过爱因斯坦的狭义相对论，动量守恒定律等来证明。 全日制普通高中教材的第二册物理书中，学生实验部分有验证动量守恒定律的实验。这个实验的实验原理是：1、质量分别为1m 和2m 的两个小球，发生正碰，若碰前1m 运动，2m 静止，根据动量守恒有：**111122m v m v m v =+；2、若能测出1m 、2m 及1v 、*1v 、* 2v 代入上式，则可验证碰撞中动量守恒；3、1m 、2m 用天平测出，1v 、* 1v 、* 2v ，用小球碰撞后运动的水平距离代替，（让各小球在同一高度做平抛运动，其水平速度等于水平位移和运动的比值，而各小球运动时间相同，则它们的水平位移之比等于他们的水平速度之比），则动量守恒时112m op m om m on =+（如下图）。 从这个实验，联系相似性原理，在不受其它任何场的影响下，即真空状态下，一个单独小球，小球静止不动时，测出它的质量为0m （静止质量）；当这个小球在真空状态下，以恒定速度v 运动时，有加速过程，取无限远处（不会受到加速过程中，外部条件干扰的地方），不考虑相对论的情况下，则这个单独小球的动量守恒，即：000=-v m v m ，若这个
3分钟简单理解相对论
好吧，我来试一试，尽量用讲故事的语气。 由于光的一些特别的地方，导致了物体在运动速度非常快时很多东西就开始违背常理，发生一些非常奇怪的事情。任何东西在突然变了一个方向，或者速度突然变了后，时间、空间、质量、能量都将变成相对的。这种现象在物体速度越快时越明显。当什么东西以光那么快的速度运动时，那么时间便成为相对的了：对于这个物体，时间要慢一些，而对于其他速度没这么快的东西，时间还是原来那么快。这就意味着，如果你坐在一个速度接近光速的火车上，那么你的1秒钟可能就相当于别人的几秒钟了。这也就是说，如果你在这个火车上待他个几年，下火车时你会发现你比你的同龄人要年轻些，因为别人也许已经过了几十年了，但你才过了几年。许多人会认为宇宙航行时间太长，可能没到目的地人就死了。其实这是片面的。宇宙飞船飞得很快时，飞船上的人活得会比地球上的人久一些。同时，其他的一些东西也会因为速度的改变而变成相对的。比如，因为你乘的火车速度太快了，时间对于你被“拉长”了，因此你完全有理由认为在这段时间里火车走的距离比实际走过的距离要长（因为这段时间比本来应该的时间长，而火车速度始终是那么多），换句话说，速度快了的话，不但时间慢了，而且一个东西的长度也更长了（补充一句，这个变长显然是顺着运动的那个方向变长）。是的，同一把尺子，在飞机上比在地面上要长一些，尽管这个差别几乎无法测出来。但速度快到接近光速时，这个差别就大了，圆甚至都会变成椭圆。 还有，速度变快了后，你的体重会增加，你的能量也会增加，可以说，以前你认为不会因为时间地点改变的东西当速度可以和光速相比时都是相对的了。 相对论还有许多有趣的推论。比如，一切物体的速度都不会超过光速，包括信息的传递。我举个例子：太阳光射到地球需要8分钟。如果有一瞬间太阳爆炸了，地球肯定会改变轨道。但是，地球会在太阳爆炸的那一瞬间改变轨道吗？不，地球会在太阳爆炸8分钟后改变轨道，因为太阳爆炸的“信息”传递速度不能超过光速，至少得8分钟后才会对地球造成影响，而在这8分钟内，地球安然无恙。 哈哈，简单的来讲，相对论就是空间、质量、时间相对于速度变化的理论，主要是讲在速度接近光速时的变化的理论！ 其主要内容为： 1.当物体速度无限接近于光速时，物体会无限延长！ 2.当物体速度无限接近于光速时，物体质量会无限大！ 3.当物体速度无限接近于光速时，对于物体来讲的时间变化会接近于0（也就是说时间无限接近于停止，可以认为是时间会静止！） 在速度变化上来讲，就是只要你速度变快，你的体积就会变大、质量就会增大、寿命就会变长！可惜以我们目前的科学技术水平所能达到的速度会对以上3个方面的影响，几乎可以不计！你比如时间来讲，一架正在飞机上的原子钟和地面上放置的原子钟，在飞机绕地球飞行N圈之后，他们差值可是“0.很多个0后面又带了几个数字”秒！所以对我们现在的日常生活来讲，相对论里面的知识不会影
狭义相对论质量的定义是什么
狭义相对论质量的定义是什么 适用于惯性系，从时间、空间等基本概念出发将力学和电磁学统一起来的物理理论。1905年由A.爱因斯坦创建。这个理论在涉及高速运动现象时，同经典物理理论显示出重要的区别。 产生到19世纪末，经典物理理论已经相当完善，当时物理学界较为普遍地认为物理理论已大功告成，剩下的不过是提高计算和测量的精度而已。然而某些涉及高速运动的物理现象显示了与经典理论的冲突，而且整个经典物理理论显得很不和谐：①电磁理论按照经典的伽利略变换不满足相对性原理，表明存在绝对静止的参考系，而探测绝对静止参考系的种种努力均告失败。②似乎存在着经典力学无法说明的极限速度。③电子的质量依赖于它的速度。在这种形势下，有见地的物理学家预感到物理学中正孕育着一场深刻的革命。爱因斯坦立足于物理概念要以观察到的事实为依据，而不能以先验的概念强加于客观事实，他考察了一些普遍的物理事实和经典物理学中如运动、时间、空间等基本概念，看出以下两点具有根本的重要性，并把它们作为建立新理论的基本原理：①狭义相对性原理，不仅力学实验，而且电磁学实验也无法确定自身惯性系的运动状态，也就是说，在一切惯性系中的物理定律都具有相同的形式。②光速不变原理，真空中的光速对不同惯性系的观察者来说都是c。承认这两条原理，牛顿的绝对时间、绝对空间观念必须修改，异地同时概念只具有相对意义。在此基础上，爱因斯坦建立了狭义相对论。 内容洛伦兹变换根据相对性原理和光速不变原理，可导出两个惯性系之间时空坐标之间的洛伦兹变换。当两个惯性系S和S′相应的笛卡尔坐标轴彼此平行，S′系相对于S系的运动速度v仅在x轴方向上，且当t＝t′＝0时，S′系和S系坐标原点重合，则事件在S系和S′系中时空坐标的洛伦兹变换为 x′＝γ（x－vt），y′＝y，z′＝z，t′＝γ（t－vx／c2）式中γ＝（1－v2／c2）-1/2；c为真空中的光速。洛伦兹变换是狭义相对论中最基本的关系，狭义相对论的许多新的效应和结论都可从洛伦兹变换中直接得出，它表明时间和空间具有不可分割的联系。当速度远小于光速，即v玞时，洛伦兹变换退化为伽利略变换，经典力学是相对论力学的低速近似。 同时性的相对性在某个惯性系中看来异地发生的两个事件是同时的，那末在相对于这一惯性系运动的其他惯性系看来就不是同时的，因此在狭义相对论中，同时性概念不再具有绝对的意义，只具有相对的意义。不仅如此，在不同惯性系看来，两异地事件的时间顺序还可能发生颠倒；但是具有因果联系的两事件的时间顺序不会发生颠倒。同时性的相对性是狭义相对论中非常基本的概念，时间和空间的许多新特性都与此有关。 长度收缩狭义相对论预言，一根沿其长度方向运动速度为v的杆子的长度l比它静止时的长度l0要短， l＝l0 长度收缩不是物质的动力学过程，而是属于空间的性质。它是由于测量一根运动杆子的长度须同时测量其两端，在不同惯性系中，同时性具有相对性，因而不同惯性系中得出的结果不同，只具有相对的意义。 时间延缓狭义相对论预言，运动时钟的时率比时钟静止时的时率要慢。设在S￠系中静止的时钟测得某地先后发生两事件的时间间隔为Δτ，在S系中，这两个
2016-2017学年高中物理 第6章 相对论 3-4-5 时间、长度的相对性 相对论的速度变换
时间、长度的相对性 相对论的速度变换公式 质能关系 广义相对论点 滴 1．用相对论的观点判断下列说法是否正确（ ）． A ．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变 B ．在地面上的人看来，以10 km/s 的速度运动的飞船中的时钟会变快，但是飞船中的宇航员却看到时钟可能是准确的 C ．在地面上的人看来，以10 km/s 的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些 D ．当物体运动的速度v ?c 时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计 2．一个物体静止时质量为m 0，能量为E 0，速度为v 时，质量为m ，能量为E ，动能为E k ，下列说法正确的是（ ）． A ．物体速度为v 时能量E ＝mc 2 B ．物体速度为v 时动能2k 12 E mc = C ．物体速度为v 时的动能2k 12 E mv = D ．物体速度为v 时的动能E k ＝（m －m 0）c 2 3．人马星座α星是离太阳系最近的恒星，它距地球4.3×1016 m ．设有一宇宙飞船自地 球往返于人马星座α星之间．若宇宙飞船的速度为0.999c ，按地球上的时钟计算，飞船往返一次需时间______．如以飞船上的时钟计算，往返一次的时间又为______． 4．用质子轰击锂核7 3Li ，生成2个α粒子，若用m p 表示质子的质量，m 表示锂核质量，m α表示α粒子质量，则此反应中释放的能量△E ＝______. 5．在距地面8.00 km 的高空，由π介子衰变产生出一个μ子，它相对地球以v ＝0.998c 的速度飞向地面，已知μ子的固有寿命平均值τ0＝2.00×109 s ，试证该μ子能否到达地面？ 6．火箭以0.75c 的速度离开地球，从火箭上向地球发射一个光信号．火箭上测得光离开的速度是c ，根据过去熟悉的速度合成法则，光到达地球时地球上测得的光速是多少？根据狭义相对论的原理呢？ 7．A 、B 、C 是三个完全相同的时钟，A 放在地面上，B 、C 分别放在两个火箭上，以速度v B 和v C 朝同一方向飞行，v B ＜v C ，地面上的观察者认为哪个时针走得最慢？哪个走得最快？
用相对论的观点解释时间变慢与时间倒流问题
用相对论的观点解释时间变慢与时间倒流问题 当你站在火炉旁的时候你会觉得时间过得很慢，当你和一个美女在一起的时候你会觉得时间过得很快。。。据说当年别人问爱因斯坦什么是相对论这个问题时，老爱就是这么回答的。当然要是相对论这么好解释就好了，它其实比我们任何人想象的还要难理解。以下是关于相对论的详细的全面的稍微系统的解释。 相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由爱因斯坦创立，分为狭义相对论(特殊相对论)和广义相对论(一般相对论)。相对论的基本假设是光速不变原理，相对性原理和等效原理。相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。奠定了经典物理学基础的经典力学，不适用于高速运动的物体和微观条件下的物体。相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。相对论极大的改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”，“四维时空”“弯曲空间”等全新的概念。 狭义相对论，是只限于讨论惯性系情况的相对论。牛顿时空观认为空间是平直的、各向同性的和各点同性的的三维空间，时间是独立于空间的单独一维（因而也是绝对的）。狭义相对论认为空间和时间并不相互独立，而是一个统一的四维时空整体，并不存在绝对的空间和时间。在狭义相对论中，整个时空仍然是平直的、各向同性的和各点同性的，这是一种对应于“全局惯性系”的理想状况。狭义相对论将真空中光速为常数作为基本假设，结合狭义相对性原理和上述时空的性质可以推出洛仑兹变换。
广义相对论是爱因斯坦(Albert Einstein)在1915年发表的理论。爱因斯坦提出“等效原理”，即引力和惯性力是等效的。这一原理建立在引力质量与惯性质量的等价性上(目前实验证实,在10-12的精确度范围内,仍没有看到引力质量与惯性质量的差别)。根据等效原理，爱因斯坦把狭义相对性原理推广为广义相对性原理，即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。物体的运动方程即该参考系中的测地线方程。测地线方程与物体自身故有性质无关，只取决于时空局域几何性质。而引力正是时空局域几何性质的表现。物质质量的存在会造成时空的弯曲，在弯曲的时空中，物体仍然顺着最短距离进行运动(即沿着测地线运动——在欧氏空间中即是直线运动)，如地球在太阳造成的弯曲时空中的测地线运动，实际是绕着太阳转，造成引力作用效应。正如在弯曲的地球表面上，如果以直线运动，实际是绕着地球表面的大圆走。 其实说白了我认为相对论就是一个瞎子的故事:从前有个瞎子，他的时空观来自一只会语音报时的钟和一把会语音报长度的尺子，当这个瞎子相对他的钟和尺做超音速运动时，他听到的是时光倒流和长度缩短，然后，他就把这个表象写了下来，这就是相对论。老爱永远不会错，因为他听到的是真实的。不过谁要是认为表象就是本质，认为时空真的可以倒流，那他不是爱因斯坦，他只是个瞎子。 在经典物理学中,时间是绝对的,它一直充当着不同于三个空间坐标空间的独立角色.爱因斯坦的相对论把时间与空间联系起来了,认为物理的现实世界是各个事件组成的.
150 质量、静质量、不变质量、相对论质量、能量、静能量和内能
150 质量、静质量、不变质量、相对论质量、能量、静能量和内 能 主题 四维动量的闵可夫斯基模方（Minkowski norm）在不同参考系中是一个不变量。因此，尤其是粒子物理学家们，把它叫做“不变质量”（invariant mass），或直接叫做“质量”。在别的地方，它又被叫做“静质量”（rest mass），或在以能量为单位的地方被叫做“静能量”（rest energy）。有时，它又被叫做“内能”（internal energy）。另外，在物理学中人们不仅把质量理解为其不变部分，也把它理解为总质量。总质量随速度的变化而变化，因此它又被叫做“相对论质量”（relativistic mass）。当它用能量单位度量时，人们直接把它叫做“能量”。 缺点 有些物理量（确切地说，物理量的名称）会给我们带来麻烦：它们的意义会随着时间的推移而发生变化，或者不同的人对它们有不同的理解。有些物理量的这种情况长期来或一直来存在着。例如，“力”和“热”这两个名称就一直存在这种情况。对于质量来说，它的问题是最近发生的。长期来（大约200年当中）它一直是一个比较好的物理量。质量的麻烦是相对论引起的。这个问题是简单的，但带来的麻烦是大的。 下面我们来它的情况。以下是两个著名的方程： E2 = E02 + c2p2， E = mc2. 问题是，我们给m、E和E0这三个量取什么名称。 事实上，自从发现了质量和能量的同一性后，质量和能量这两个名称中有一个是多余的。但是，由于上述原因实际中反而产生了几个新的名称。 历史 这个问题源自相对论。一方面，相对论告诉人们质量和能量是相同的物理量，能量具有与质量相同的性质，即引力质量和惯性质量。 另一方面，这个新理论的特征是，它用四维矢量和洛伦兹不变模方来描述物理世界。洛伦兹不变量给我们带来了方便。它们包含了粒子或过程的本质，包含
狭义相对论中的质量
狭义相对论中的质量 质量这一名词在狭义相对论中通常是指物质在静止时所测量的质量（静质量）。这个意义的质量与牛顿力学的质量相同。不变质量是静质量的另一名称，但它通常是指由许多粒子构成的系统。 相对论性质量这一名词也被使用，而这是一个物体所具有的总共能量。物体的相对论性质量包括了它所具有的动能，因此取决于观察者所处于的参考系。 用词 如果一个盒子装有许多粒子，它的重量会随着这些粒子的速率的增加而增加。盒子里的任何能量被加入盒子的质量中，因此这个盒子的质量受到这些粒子的相对运动的影响。然而，如果这整个盒子在运动，那么这盒子所具有的动能是不是应该包括在物体的质量当中呢？不变质量不包括盒子的动能，而相对论性质量则包括了盒子的动能。 相对论性质量和静质量都是物理学中的传统概念，但相对论性质量只是总共能量的多余的名称。一个系统只有在静止时其质量才有可能被测量，但当物体静止时，物体的相对论性质量就是物体的静质量。 物体的不变质量是在一个特定参考系中它所具有的总共能量，而在这个参考系中，该物体是静止的。这也是不变质量也被称作静质量的缘故。这个特定的参考系也被称作动量的质心系。质心系被定义成系统的总动量为零时所处于的参考系。对于一个合成的物体（由许多更小的物体组成，这些物体可能在运动）和一组没有结合在一起的物体，只要总共的动量是零，相对论性质量便与不变质量相同。 如果一个物体以光速运动，它在任何参考系中都不会静止。当观察者朝着与这个物体运动的方向加速，该物体所具有的能量会越来越少。因此，我们可以推测这个物体的静质量是零，而这个物体所具有的质量仅是相对论性质量，一个取决于观察者的质量。 相对论性质量的概念 早期的发展：横向与纵向质量 约瑟夫·汤姆孙在1881年[1] 承认一个带电的物体比一个没有带电的物体更难加速。因此静电能量表现成某种电磁质量，增加了物体的机械质量。之后威廉·维恩（1900）[2]和Max Abraham （1902）[3] 认为一个物体的总共质量与它的电磁质量相同。因为电磁质量取决于电磁能量，维恩所提出的质能关系是 。 George Frederick Charles Searle 和汤姆孙也指出，电磁质量随着物体的速度而增加。亨德里克·洛伦兹在他的洛伦兹以太理论的框架中承认这个说法。他将质量定义成所用力与加
98 狭义相对论的几个重要结论
个性化辅导讲义 学生： 科目： 第 阶段第 次课 教师： 考点1： 1知识梳理 速度变换公式 若时，从而证明了光速是速度的极限，也反证了光速不变的原理。 2典型例题 例1、地球上一观察者，看见一飞船A 以速度 m/s 从他身边飞过，另一飞船B 以速度m/s 跟随A 飞行。求 （1）A 上的乘客看到B 的相对速度。 （2）B 上的乘客看到A 的相对速度。 课 题 狭义相对论的几个重要结论 教学目标 1、 会用相对质量公式进行简单计算 2、 会用相对速度公式进行简单计算 重点、难点 对两公的理解与运用 考点及考试要求 会运动两公式处理简单问题 教学内容 知识框架 1、 质量的相对性 2、 速度的相对性 3、质能方程
解析：（1）在A 上看，将A 参考系作为静止的惯性系，则 地球对A 的速度 m/s ，飞船B 时地球 的速度，则A 上的乘客看到B 的相对速度 ，方向与A 的速度方向相反 （2）B 看A 则相反为，方向与A 的速度方向相同。 例2、 航天飞机以0.60c 的速率相对于地球飞行，驾驶员忽然从仪器中发现一火箭正从后方射来，并从仪器中测得火箭接近自己的速率为0.50c 。试求： （1）火箭相对于地球的速率； （2）航天飞机相对于火箭的速率。 解：''220.500.60 1.100.8460.500.60 1.3011u v c c c u c c c vu c c ++====?++ 3知识概括、方法总结与易错点分析 相对论速度变换中的v 是参考系相对静止惯性系的速度，是运动物体相参考系的相对速 度。式中v 为高速火车相对地的速度，u ′为车上的人相对于车的速度，u 为车上的人相对地面的速度。 对于低速物体u ′与v 与光速相比很小时，根据公式可知v u '< 相对质量逻辑性问题探讨 【摘要】质量是计量学中七个基本物理量之一，在国际单位制（SI），其单位是（kg）。质量也是日常生活中最常用的物理概念之一，随着科学技术的发展不断被赋予了新的内涵，但它们彼此之间并不那么和谐。 相对论仍然是当今物理学热门话题之一：相对论到底是真理还是谬论？是物理学发展的指明灯，还是现代物理学发展的绊脚石？相对论正误问题，需要引起大家的重视，极其有必要进行探讨。 【关键词】引力质量；惯性质量；狭义相对论；广义相对论 第一章引言 相对论子提出之时就饱受争论，相对质量的提出更是褒贬不一。但是碍于爱因斯坦对量子力学的重要贡献（光量子假说），或者说人们对新时空理论建立的渴望，人们不希望也不允许对相对论有任何质疑之声。任何年轻的反对之声，都将被视为异类，遭到排挤甚至是制裁。而老一辈物理学家似乎有资格对相对论进行评判，然而他们任何不同的声音，也会被视为思想保守，顽固不化。 上世纪四五十年代，爱因斯坦似乎坐上了物理学教皇的宝座，任何对相对论的不敬都将视为对整个物理学的挑衅与无知。随着时间的推移，人们似乎渐渐淡忘了相对论的不足，似乎渐渐遗忘了相对论只是一个假说，从来都没有被实验证明过这一事实，而毅然决然地将 其视为真理。 真理的探寻是曲折的。随着现代科学技术的不断发展，随着爱因斯坦的光环渐渐淡去，人们有重新对相对论产生了质疑。本文主要从相对论在质量定义方面的不足进行简单讨论，以供大家探讨。 第二章质量 质量是一个让人熟悉同时又陌生的概念：说其熟悉，小到大街小巷大到国际贸易，无不在应用质量这一名词；说其陌生，自从爱因斯坦提出运动质量以词，质量一词就让人摸不到头脑了，甚至一些专家学者也为此伤透了头脑。 质量的本质是什么？这是需要大家重新审视，且应引起大家重视的问题！只要质量的本质确定了，任何违背其本质的推论都是谬论。（一）重力质量 重力质量是人类接触最早也是最贴近生活的质量的定义，有时现实生活中甚至将重量与质量混用。它是由地球表面物体受到地球引力及地球自转效应等多种作用叠加导致不同质量物体受力不同来定义的。我们用物体在地球表面受力的大小来标度该物体质量的多少。 对此，弹簧测力计似乎是一个很好的测量工具。但随着人类的活动范围不断扩大，这种测量方法似乎就没那么完美了。将货物从A 地运输到B地，质量有所亏损，也许很好解释；但是将货物从B的运到A地，质量有所增加，就不得不该好好考虑一下这个问题了。质量与相对论