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量子世界/附录/相对论

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相对论基础

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另请参阅维基教科书 狭义相对论,其中包含关于此主题的深入文本。

相对性原理

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如果我们使用一个 惯性系(也称为惯性坐标系、惯性参考系或惯性参考系),那么任何自由运动的经典物体(“点质量”)的位置的组件 在相等的时间间隔内变化相等的量 。显然,如果 是惯性系,那么相对于 的参考系 也是惯性系,即

  1. 在空间中以任何距离和/或任何方向移动(“平移”)
  2. 在时间上平移任何间隔
  3. 围绕任何轴旋转任何角度,以及/或
  4. 以任何恒定速度运动。

相对性原理指出,所有惯性系都是“平等创造的”:只要它们是相对于惯性系制定的,物理定律就相同——无论哪个系。(用不同的惯性系描述相同的物理事件或状态就像用不同的语言说同样的事情。) 前三项告诉我们,只要另一个系在空间和/或时间上坐标原点发生偏移,或者空间坐标轴发生旋转,一个惯性系就和任何其他系一样好。物理学中重要的是相对位置(物体之间的相对位置)、相对时间(事件之间的相对时间)和相对方向(物体之间的相对方向),因为这些不受空间和/或时间平移和空间轴旋转的影响。在物理世界中,没有绝对位置、绝对时间或绝对方向。

第四项还告诉我们,只要两个系之间以恒定速度相互运动,一个惯性系就和任何其他系一样好。重要的是相对速度(物体之间的相对速度),因为这些不受坐标提升的影响——从惯性系 切换到相对于 以恒定速度运动的系。在物理世界中,没有绝对速度,特别是没有绝对静止

这是有道理的。一方面,位置是物体的属性,而不是即使它们没有被“占用”或拥有也存在的東西。另一方面,物体的的位置是相对于其他物体的的位置来定义的。在一个包含单个物体的宇宙中,没有一个可以归因于该物体的位置。同样,所有有物理意义的时间都是物理事件的时间,它们也是相对定义的,作为事件之间的时间。在一个包含单个事件的宇宙中,没有一个可以归因于该事件的时间。但是,如果位置和时间是相对定义的,那么速度也是如此。

没有绝对静止这样的东西,这并不总是像应该的那样显而易见。有两个想法导致了错误的概念,即存在一类特殊的惯性系,它们以绝对意义定义“静止”:电磁效应是由波传播的想法,以及这些波传播需要物理介质(称为“以太”)的想法。如果有这样的介质,人们可以将绝对静止定义为等效于相对于它静止。

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