《相對論淺說》

圖文匯編版

前言

1  狹義和廣義相對論

《狹義相對論》討論時空、質量與能量等問題。

它由愛因斯坦在荷蘭洛倫茲等人成就的基礎上，

於1905年提出。它的提出

是對牛頓時空觀等古典理論的拓展和修正。

愛因斯坦從相對性原理和光速不變原理出發，

建立了新的‘時空觀’及‘物質觀’。

之後，德國數學家閔科夫斯基（1864－1909年），

為‘狹義相對論’提供了嚴格的數學基礎，

從而將‘相對論’

納入帶有度量的四維時空的幾何結構中。

德國數學家閔可夫斯基（1864-1909）

在古典物理學中，

物體的運動被分成等速和加速運動兩種。

在《相對論》中也分成等速和加速運動兩種，

前者被納入“狹義相對論”；

後者歸屬“廣義相對論”。

 《狹義相對論》講的是，

如果物體以接近光速的速度運動，

會發生怎樣的事。

“狹義”指“觀測者不受重力及加速度影響”。

用稍為專業的話說，《狹義相對論》

是研究物體不受外力而處於‘靜止’

或做‘勻速直線運動’的狀態。

在《狹義相對論》中，

高速運動的物體，

它的運動時間會變慢，長度會縮短，質量會增加

（不過，不接近光速運動的話，

   是絕對感覺不到這些變化的）。

如果加上重力和加速度，

觀測者在任何條件下觀測都能成立的‘相對論’，

這就是《廣義相對論》了 。

 《廣義相對論》研究物體的運動，

對時空等產生影響的情況，比方說光子吧

（‘光子’雖無靜質量，

但也屬物理學被研究的一種粒子），

如果在‘大質量’的星體附近，

空間會發生變化，並且，光也會彎曲

（天文學家觀測到，

在重力很強的天體附近經過的光是彎曲的），

同時，時間也會變慢。

對於初學者，

如果先不考慮‘重力’和‘加速度’，這將更簡單。

就是說，《廣義相對論》更高級也更難，

所以，在下面的介紹里，

我們將以《狹義相對論》為主來進行學習。

由於《狹義相對論》

只是在‘慣性系’這種

沒有‘重力’和‘加速度’影響的

坐標系中才能成立，

這種理論所包含的範圍是有限的，

愛因斯坦想把‘重力’和‘加速度’

也放進‘相對論’里，於是他就想出了

以“等效原理”為基礎的《廣義相對論》。

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【術語說明】

1、‘坐標系’是數學或物理學用語。

如果物體沿直線運動，

為了定量描述物體的位置變化，

可以-以這條直線為x軸，

在直線上規定‘原點’、‘正方向’

和‘單位長度’，從而建立起一個‘直線坐標系’。

2、‘慣性坐標系’，

描述物體在‘靜止’

或作‘勻速直線運動’時的坐標系。

‘慣性參考系’ 簡稱慣性系。

是牛頓第一定律成立的參考系。

3、牛頓第一定律表明，

除非有外力，物體的運動速度不會改變。

這定律又稱為‘慣性定律’。

4、對一切運動的描述，都是相對於某個參考系的。

參考系選取的不同，對運動的描述，

或者說，運動方程的形式，也隨之不同。

謝謝閱讀。