沉迷遊戲，不如學習一下神一般的理論（一）：淺觸狹義相對論

愛因斯坦的相對論， 影響了我們半個多世紀， 幾乎每個人都能隨口說出“相對論”幾個字， 但沒幾個瞭解它到底說了什麼。

首先說狹義相對論產生的背景：基於牛頓力學，

我們都知道， 速度是可以疊加的， 比如說一趟以100km/h向前行走的火車， 一個人在車內以5km/h速度與火車同向行走， 那麼這個人的速度就是105km/h。 在我們理解中， 是沒有任何問題的。 一個叫麥克爾遜－莫雷的人也是這麼認為的， 所以他做了一個實驗， 來證實超光速的。 這個實驗具體怎麼做， 我們就不解釋了， 反正只要超越了光速， 它就能測出來就是。

但是結果很意外， 麥克爾遜－莫雷的測試結果光速永遠是一樣的， 無論相對那個參考物而已， 也就是說沒有超光速， 光速是恒定的。 讀到這裡， 我們是不是會有疑問， 是不是實驗有哪裡錯了？很多科學家也是這麼想的， 他們重複了類似的試驗， 確認實驗過程沒有任何問題， 但還是無一例外的得出了同樣的結論， 光速是不變的。

這下麻煩了， 我們一直學的物理都是錯的， 整個物理大廈基礎都搖搖欲墜了。 這時候， 愛因斯坦出來了， 那就是他提出了不同體系觀察完全兩個獨立的運動體系， 不能講他們混一起，

這就是相對論的基礎。

甲在地面上向東照射手電筒， 對於他來說， 手電筒發出的光與甲構成了相對體系， 與他人無關。 這時候， 乙坐車向西而走， 光相對他也是構成了獨立的體系， 與甲無關。

也就是說， 光相對於甲來說速度是C， 整個過程與第三者乙無關；反過來也一樣，

光相對於乙來說速度是C， 與甲無關。 這是兩個不同的慣性體系， 他們是相對的。 這兩個獨立的體系是四維的， 在甲的體系中， 對於乙來說， 甲發出的光在他看來只是這個四維座標中不同方向射出而已。 當然， 我們一般人是感覺不到四維方向的， 所以我們很難理解這個所謂的不同方向。

既然難理解， 我們不去細究就是。 但是， 既然是兩個不同的參考體系， 他們之間是怎麼關係呢？這就是問題的關鍵了， 愛因斯坦在洛倫茲的研究基礎上， 推導出了狹義相對論的速度轉換， 公式如下：

相對速度變換公式

上面公式中v是動和靜兩個參考系的相對速度， U是物體相對靜止系的速度， U'是物體相對運動系的速度。 （用於因相對速度引起的兩個系統互相的觀測值與對方的（相對自己一定是靜止的）靜止值之間的變換。 ）

有興趣的可以自己算一下， 在低速情況下， 兩個體系中的相對速度是極為接近的， 但是速度很大的時候， 差別就出來了。 所以， 上述火車的例子計算結果是非常接近於105Km/h， 所以我們在實際中並沒有感覺到錯誤。

人們生活中所遇到的速度，遠遠低於光速，洛倫茲變換率約為“1"，退化為近似伽利略變換（牛頓力學的基礎）。相對論力學是由相對性原理（牛頓力學）和洛倫茲變換建立起來的，可以認為牛頓力學是狹義相對論的一種特殊形式（洛倫茲變換率約為“1"的情況下）。所以我們一般計算低速物體，還可以按照經典力學進行速度疊加。當我們科技發展到更高水準，接觸到接近于光速時，就不再適用牛頓力學了。

基於質能方程的原子彈

這就是愛因斯坦狹義相對論的主要內容，相對論中其他尺縮效應、時鐘變慢效應、質能方程等的內容都是以此為基礎推導的，只要瞭解了相對這概念，上述這些理論理解起來就容易多了。

所以我們在實際中並沒有感覺到錯誤。

人們生活中所遇到的速度，遠遠低於光速，洛倫茲變換率約為“1"，退化為近似伽利略變換（牛頓力學的基礎）。相對論力學是由相對性原理（牛頓力學）和洛倫茲變換建立起來的，可以認為牛頓力學是狹義相對論的一種特殊形式（洛倫茲變換率約為“1"的情況下）。所以我們一般計算低速物體，還可以按照經典力學進行速度疊加。當我們科技發展到更高水準，接觸到接近于光速時，就不再適用牛頓力學了。

基於質能方程的原子彈

這就是愛因斯坦狹義相對論的主要內容，相對論中其他尺縮效應、時鐘變慢效應、質能方程等的內容都是以此為基礎推導的，只要瞭解了相對這概念，上述這些理論理解起來就容易多了。