Special relativity

狭义相对论的理解，需要四维时空的想象！

6.14

狭义相对论，与麦克斯韦方程组有紧密的联系。

爱因斯坦对于牛顿的时空观的颠覆，与奥地利的一位著名的物理学家有关，马赫。

年轻的爱因斯坦在专利局闲暇之余爱读物理以及哲学的书，爱因斯坦那时的书信中提到了很喜欢这本马赫写的 《aarons mock》(力学的科学)，其中对牛顿一顿批判。他不同意牛顿力学中包含的绝对空间和绝对时间的概念。爱因斯坦的相对论证明了其观点。

7.11

麦克斯韦方程组代表的实际意义：

1. 包住一些电荷，从中射出的电场线与内部的电荷数有关。
2. 包住一些磁铁，从中射出的磁场线的代数和恒为零。
3. 电场发生变化的同时产生磁场。
4. 磁场发生变化的同时产生电场。

首先我们可以做一个思想实验。关于线圈和磁铁之间相对的运动。在任意惯性参考系(匀速运动的观察者)的观察中，自己是不动的静止的。

假设线圈不动，磁铁在动。那么磁铁做运动会在线圈周围产生变化的磁场，同时产生一个电场，这个电场会使线圈中出现电流。这个我们都是很熟悉的。

假设磁铁不动，线圈在动。这个时候根本就没有变化的磁场，也就没有一个电场来驱动线圈来产生电流。但实际上线圈中还是会产生电流。

运动是相对的这个在力学物理学中是肯定的。伽利略有一个理论，任何力学物理现象在任何惯性参考系中是相同的。也就是对与一个物理现象的观察，我们得出的物理公式是一致的。在匀速运动的火车上得出的牛顿力学公式与在地面上得出来的是一致的。

但是电磁学中这种相对运动观察到的物理现象是否相同呢？爱因斯坦说，既然力学中这个相对性原理是成立的。那没有理由在电磁学中相对性原理是不成立的(这是一个假设，但是来源却是对自然对称性和普适性的崇拜)。

那个时候迈克尔逊已经做出了一个光学实验，实验数据说明不论地球在宇宙中怎么动，光的速度是不变的。

有意思的是，迈克尔逊做这个实验的目的是为了证明光速是会变的。当时，人们普遍认为存在一种物质(以太)来容纳承载光的传播，就像声波需要在空气中传播，在真空中不能传播，声波传播的介质就是空气。我们处在一个绝对静止的以太中，光在以太中传播，根据伽利略的速度的相对性，我们测得的光速时会有改变的。实验得出的光速不变使迈克尔逊，莫雷在物理学史上留下了浓重的一笔，但是他们当时却对此非常苦恼，因为与他们设想的完全不一致。

麦克斯韦方程组中也可以推导出光速的大小，光速由两个物理常数的乘积确定，所以麦克斯韦方程组推导出的光速也是不变的。

从伽利略到牛顿以来，世界是有绝对的空间和绝对的时间的，而速度却不是绝对的。例如一发子弹以速度 \(v\) 从地面上发出(地面测量得出\(v\))，如果你以 \(v\) 的速度相对地面匀速运动，你测得的子弹速度就是 0。

现在爱因斯坦说既然实验与公式说光速是不变的，不论观察者处于什么样的速度相对光的发出点。那么我就假设光速不变，由此速度是绝对的，那么时间和空间就不是绝对的。由此，推出了 Time Delaytion, Length Constration。时间延迟与尺子收缩。

综上爱因斯坦以两条假设：

1. 相对性原理在电磁学领域也成立。
2. 光速在真空中的速度不会变。

开创了狭义相对论(只是在惯性参考系)，并且在之后的不断物理实验的严苛验证下，揭示了时间和空间不是绝对的，同一个事件不同惯性参考系下有不同的时间戳和地点！

1915年爱因斯坦又开创了广义相对论。描述的是任意参考系。

编后

本文由Dba_sys编辑，发表于博客园，其中难免有些错误希望大家斧正。

狭义相对论，就是一个公式。但如果要想学会理解透彻需要非常非常多的时间与精力，不是一学就能会的。

这篇文章还不能算作最终定稿，大部分内容是根据1905年爱因斯坦的那片论文的英译版本来的，后续会再根据这篇论文，以相对能理解，以故事的方法，将实际的数学推导补充出来。

与君共勉