现代物理学/狭义相对论导论

乍一看，狭义相对论似乎很奇怪。我们用来理解世界的许多规则不再适用。这些规则包括速度可以相加的规则，时间和空间是不同事物的规则，物质和能量是分离的规则，动量的规则。因为我们不能再依靠我们正常的直觉来弄清楚事情，所以事情看起来很奇怪和令人困惑。

幸运的是，狭义相对论的明显怪异并不源于深奥的复杂性。在表面之下，有一些非常美丽的简单对称性和规则，这些对称性和规则使我们能够将狭义相对论与我们熟悉的物理学联系起来，只需要做一些小小的修改。

然而，狭义相对论的一些想法似乎与我们天真地期望宇宙的行为方式以及我们的日常生活经验相矛盾，以至于一个完全自然的反应是狭义相对论不可能是正确的。

然而，无数的实验已经证明，错误的不是狭义相对论，而是我们关于事物运作方式的低速直觉。毕竟，我们通常不会处理以接近光速运动的事物，也没有特别的理由相信我们低速的思维适用于高速。而实验清楚地表明它们不适用。此外，事实证明，许多普通现象实际上是相对论的结果。例如，磁性是我们每天都能看到的纯粹的相对论现象，但如果没有相对论，就无法正确解释它。

但是，物理学家要实现这一认识是困难的。理解狭义相对论的一种方法是走物理学家所走的道路。我们将从经典牛顿物理学的普通日常生活宇宙开始，我们在前两本书中已经研究过，然后逐渐走向奇怪的地方。在这段旅程中，我们得到帮助，因为这条道路已经被几代物理学家走过，他们逐渐意识到这个世界比他们想象的更奇怪。

因此，我们将采取的方法是首先进行一个简短的历史调查，说明为什么需要狭义相对论。然后我们将讨论阿尔伯特·爱因斯坦所取得的伟大概念突破，然后从他发现的简单公理出发，我们将看到随之而来的微妙结果。我们还将看到狭义相对论实际上是多么简单，它的核心是多么简单。