卜坤波

這是一個好問題，問題本身解釋了為什麼我們說愛因斯坦是史上最偉大的兩個物理學家之一，而洛倫茲不是。

洛倫茲時代，物理學家們已經發現一個令人如喪考妣的實驗事實：不管怎麼測量，從那個方向什麼速度的運動參考系下測量，真空光速都不變。

這個世界末日般的實驗結果表明：1. 牛頓/伽利略時代的速度觀在接近光速時失效。2. 以太看起來不存在，以太不存在那絕對空間就無從談起。3. 絕對時間似乎也不是很可靠。

在牛頓大廈即將傾覆之時，洛倫茲童鞋一拍腦袋，湊出了洛倫茲變換，好歹暫時撐住了搖搖欲墜的大廈。

但恐怕沒有一個物理學家包括洛倫茲自己對這個大補丁是滿意的。

這時愛因斯坦出場了。

狹義相對論橫空出世，對於當時的物理學家們來說，狹義相對論非常好理解（不同於之後的廣義相對論），就像大家一直在苦思冥想的謎語，愛因斯坦第一個說破了。

理解狹義相對論只需要三句話：

1. 相對性！沒有絕對時空，特別是沒有絕對時間！這是最簡單也最關鍵的一點，幾乎所有的佯謬都在這裡，幾乎所有想不明白的初學者都是因為沒有徹底驅散腦子中潛在的絕對時間觀。這正體現了愛因斯坦的明快思維：既然絕對時空漏洞百出，那與其不停打補丁，不如直接假定相對性。

2. 在任何參考系下測量的真空光速不變。這再次體現出愛因斯坦的明快思維：既然你們實驗物理學家測出來的光速不變，與其絞盡腦汁想理由，不如直接假定這就是物理規律。

3. 時間和空間在數學上不可割裂，一起構成一個4維偽歐幾何（3個實軸為空間，時間是虛軸ict）。這裡體現出愛因斯坦非凡的數學感覺，敏銳的意識到運動其實是個純幾何問題，並找到了最合適的數學工具來描述。

這個偽歐幾何又被稱為閔可夫斯基空間，數學上出奇的簡單，應用在物理上更是勢如破竹，比如，洛倫茲變換根本就不再需要定義了。在閔可夫斯基空間裡，這是連中學生都能推導出來的必然結果。

比如我們計算時間膨脹：

當前參考系下（用本參考系的時鐘和尺子）測量到一運動物體在t時間移動了距離s，則速度為v=s/t。

那麼根據相對性原則，該運動物體自己的時間是其世界線長度/v，即起始時空點（0,0）到終止時空點（ict，s）的線段長度/v。

根據勾股定理，該線長度為：

√(ict)²+s²

= √-c²t²+v²t²

= vt*√1-(v/c)²

這個膨脹因子√1-(v/c)²，就是洛倫茲為了對上實驗數據絞盡腦汁湊出來的變換公式，在閔可夫斯基幾何裡就是如此顯然的數學結論。

不過為了安慰洛倫茲童鞋，物理學界還是慈悲的把這個因子命名為洛倫茲因子。

帖木兒

答：洛倫茲本人，最初的確是為了解釋邁克爾遜的光速不變實驗湊出來的，不過後來愛因斯坦提出狹義相對論，給洛倫茲變換提出了全新的詮釋。

要說洛倫茲變換的本質，就是光速不變原理。

要說更本質的原因，就是我們四維時空中，空間和時間的關係遵循洛倫茲變換。

19世紀末，麥克斯韋建立電磁學，標誌著經典電動力學取得成功，但是其中存在一個缺陷，就是麥克斯韋方程組在伽利略變換下不一致。

經典力學為了解決這個問題，假象了一個絕對參考系——以太參考系，但是在1887年，邁克耳孫-莫雷的實驗，否定了以太參考系的存在，至此，經典力學不能自圓其說。

在1904年，荷蘭物理學家洛倫茲，為了解決經典力學的困境，提出了洛倫茲變換，存粹是為了湊結果得到的公式，不過這也相當偉大啦。

洛倫茲指出相對於以太運動的物體，會因某種未知的機制，在運動方向上產生收縮。於是，在不否定以太的前提下，洛倫茲勉強讓經典力學有了符合實驗結果的詮釋，但

直到1905年，愛因斯坦以“光速不變原理”和“等效原理”為基礎假設，建立了狹義相對論，解釋了邁克爾遜-莫雷的實驗，指出了時間和速度的變換關係，並用嚴謹的理論推導出來洛倫茲變換。

所以，洛倫茲變換的本質，就是光速不變原理。

好啦！我的答案就到這裡，喜歡我們答案的讀者朋友，記得點擊關注我們——艾伯史密斯！

艾伯史密斯

科學的發展也並不是一路平坦，大部分和家庭瑣事一樣也有誤會和紛爭。

“洛倫茲變換”最開始是由洛倫茲推導出來的，所以叫做洛倫茲變換（龐加萊命名）。但洛倫茲推到洛倫茲變換並不是為了研究相對論，而是為了解釋邁克爾遜-莫雷實驗。

（實驗具體內容在我的《白話相對論（一）》中有描述）

簡單說一下，從17世紀笛卡爾把“以太論”帶入了科學開始，人類就一直在尋找以太。所謂以太就是絕對靜止的物質，同時也正式因為以太的存在光才能夠得以傳播。到了19世紀末期，邁克爾遜和莫雷（是兩個人）做了一個實驗，就叫做邁克爾遜-莫雷實驗，實驗的設想是這樣：如果以太存在並絕對靜止，我們的地球在以太中穿梭，這樣一來，迎著以太風運動方向的光速就應該被壓縮。可是實驗結果卻相反，垂直方向上的光速運動速度都一樣，這個結論幾乎宣告以太論的失敗。

這時洛倫茲出現了，他對實驗的結果提出了質疑，他認為即使以太存在，對於光速的測量也不會存在影響，因為存在一種“菲茨傑拉德收縮”，簡單說就是如果你想測量一段距離是否被壓縮，就需要用到尺子，可是尺子同時也被壓縮了，所以這種壓縮效應測量不出來的。於是洛倫茲根據數學推導出了洛倫茲變換，認為以太實際對運動方向上的長度存在壓縮，其公式就是現在我們看到的洛倫茲變換。

那為什麼洛倫茲變換就變成了狹義相對論的公式了呢？有兩種說法，第一個是愛因斯坦推導出了同樣的公式；第二種說法是愛因斯坦直接把洛倫茲公式拿過來解釋自己的相對論了。其實真相也無所謂了，畢竟一個科學成就只要是對的，至於是誰的對於物理學來說無所謂，那是歷史學家需要考慮的事情。

這裡還要提到一個人，亨利·龐加萊，這個人一直也是一個謎，有人認為狹義相對論最早是他提出的（1902年提出相對性，1905年6月發表論文，愛因斯坦也是1905年6月發表）

是龐加萊將洛倫茲的公式命名為洛倫茲變換。在愛因斯坦提出狹義相對論之後，洛倫茲對愛因斯坦說，咱倆的公式一樣，但是說的不是一個東西啊，乾脆你的理論就叫做相對論吧。所以洛倫茲變化是龐加萊起的名，愛因斯坦的相對論是洛倫茲給起的名。是不是很有趣。

媽咪叔專注趣味物理科普。

科學的基本觀念本質上大都很簡單，通常都可以用人人皆知的語言來表達。——愛因斯坦

媽咪說MommyTalk

實質就是“光速不變”，這裡的“不變”當然不是指光速在真空中的速度是30萬公里每秒，而是在光相對論任何參照系的速度都是光速，它不會改變！

舉個簡單的例子，一輛小汽車以100公里的時速形式，你（靜止狀態）看到車燈發出的光的速度不是光速+100公里每小時，而仍舊是光速！即使小汽車以0.999倍光速行駛，車燈發出光的速度也還是光速！

光速不變原理一開始只是愛因斯坦為了求解麥克斯韋方程組而提出的假設，不過這個假設能夠讓很多問題變得簡單，迎刃而解，於是“光速不變原理”就被當成“公理”來使用，而公理是不需要去證明的！

直到今天，科學家們仍舊沒有發現任何違反“光速不變原理”的現象存在。所以，儘管光速不變原理給人的感覺有些怪怪的，我們不知道為什麼光速不變，但除非你有比“光速不變原理”能更好地解釋麥克斯韋方程組的理論還有很多其他物理現象，否則請接受光速不變原理，認同它就是一個公理，就像“兩點之間直線最短”這個公理一樣，不需要我們去證明！

後來洛倫茲變換公式也成了愛因斯坦狹義相對論中最重要的方程式之一！

宇宙探索

我這個人，喜歡凌晨爬起來思考問題，因為總是感覺該時斷，思維活躍，頭腦清晰，這樣久而久之，自從習慣，不知道這樣會不會被人視為異類，或許被人稱為鼠輩也有可能，因為畢竟老鼠在該時斷也是挺活躍的，當然牛也有早起的習慣。

好了，閒話少說，直接來談談今天的主題。洛倫茲變換，相信大家非常熟悉，怎麼來的？什麼作用？樓主已述備矣。我這裡就不囉嗦了。

現在許多的科學探索者都對狹義相對論提出質疑？但這種質疑只是一種模糊的感覺，問題究竟出在那裡？其實大家心裡沒有一本賬。但這種模糊的感覺有時還是管用的，連愛因斯坦本人也承認直覺的重要性。那麼問題究竟出在那裡呢？請看下例分析:

假如有一列火車從我旁邊經過，我等鼠輩準備測量因火車路過造成的聲波的速度，假設火車的速度是1ⅴ，2v及至10000v，我們測量到的聲波速度是多少呢？都是U。此時我們是否應該協調我們的常識，也弄一個變換，比如說李氏變換呢？顯然是不合適的。那麼問題出在那裡呢？問題出在波動現象與物質現象遵循不同的物理學規律。兩者不能一概而論。當然狹義相對論是一個理論體系，絕不能憑一面之詞，便將其否定了。但大家只要掌握了我上面的例子，便離真像不遠了。

大家無妨去思考一下，假如測量者以速度1v，2v乃至10000v去測量聲波的速度，得到的速度還是U，那麼，這是為什麼呢？原因在於聲波的速度取決於介質的本徵性質，與振動源的速度與接收源的速度無關。就是說這裡不需要什麼洛倫茲變換，完全是多此一舉。

說到這裡，有許多八股與衛道士還會不服氣。這就涉及到對真空與光本源的理解了，這裡暫時按下不表。

明學23

這個問題是必須追究的，否則不能正確理解相對論。下面談我的看法。

十九世紀末的物理學，有兩個重大事件：一個是麥克斯韋的電動力學方程組，一個是邁克爾遜莫雷實驗。

從麥克斯韋方程組及其波動方程推導發現：真空光速取決於真空的介電常數ε0與磁導率μ0，即c=1/√(ε0μ0)，這就暗示，作為真空介質的以太是傳播電磁波的載體。

可是，1887年的邁克爾遜莫雷的光速實驗證明：地球不同方位的光速，皆不受“以太風”的影響，於是斷定，光的傳播不需要以太介質，真空是絕對的虛無。

不過，與麥克斯韋等科學家一樣，荷蘭物理學家洛倫茲依然堅持以太說。1904年，洛倫茲提出了洛倫茲變換用於解釋邁克耳孫-莫雷實驗的結果。

洛倫茲設想：觀察者相對於以太，以一定速度運動時，以太的長度在運動方向上發生收縮，抵消了不同方向上的光速差異，這樣就解釋了邁克耳孫-莫雷實驗的零以太現象。

但是，愛因斯坦堅決拋棄以太說，1905年發表狹義相對論，雖借用洛倫茲變換，但主要是提出光無需以太傳播的光速不變之命題。

由此可見，洛倫茲的洛倫茲變換的本質是堅持光的以太傳播說，愛因斯坦的洛倫茲變換的本質是光的無介質傳播說。

我的反思：公式c=1/√(ε0μ0)沒毛病，如果說真空是虛無的，就無法解釋真空常數ε0與μ0，也無法解釋真空中的位移電流。

量子場論已經證明，真空是一種場物質，間接否定了狹義相對論。我認為，真空場量子可以是一種以光速自旋的漩渦子，被電磁震盪激發的漩渦子相互接續推湧，實現光子的傳播。

另外，廣義相對論否定宇宙真空場，導致其衍生品，如宇宙爆脹論，無法解釋佔比96%的暗物質。

物理新視野

通過洛倫茲變換，實驗中發現的“真空中光速不變”與相對性原理的表面矛盾消失掉了。由洛倫茲變換所描述的相對性原理稱為狹義相對性原理，這是包容光速不變原理的相對性原理。牛頓力學的相對性原理是由伽利略變換所表述的，不能包容光速不變原理。

“光速不變原理”指出，不同的參考系所觀察到的同一道光的速度是不變的。多數的書籍會告訴你，這裡的光速指的是真空中的光速。但是其實不一定是非得真空中的光速才會體現不變性。如果觀察的是同一道光，哪怕不是在真空中，不同的參考系其實還是會測得同樣的速度的。

當然，為了方便計，我們的確可以把“光速不變原理”簡化為“真空中的光速對任何觀察者來說都是相同的”。

這是怎麼推導出來的呢？

假設兩個慣性系S與S'之間只在X軸或X'軸方向有相對運動，如果將S視為相對靜止，S'的速度為u。此時S'系的座標(x'，y'，z'，t')相對於S系的座標為(x，y，z，t)，兩者的關係如下圖：

這裡的β＝u/c，也即兩參考系的相對運動速度與真空中光速的比值。

這道光，在S系X軸上t時間內經過的距離是x＝ct；在S'系X'軸上t'時間內經過的距離是x'＝ct'。

由於S'以速度u相對S運動，根據伽利略相對性原理，必有x'＝x－ut或x＝x'＋ut'成立，而y＝y'，z＝z'，t＝t'。伽利略相對性原理的這個關係式顯然與光速不變原理是衝突的。

此時我們是認為S系與S'系的座標刻度的基本單位是一致的，這來源於我們一般對絕對空間與絕對時間觀念的信仰。

然而大量的實驗，特別是邁克爾遜-莫雷實驗無法測出在不同參考系下光速發生了變化。因此，不妨倒過來假設光速是不變的。

此時S系與S'系兩者之間座標基本單位的比例未必是1:1，不妨假定兩者的比例是λ。說白了這就是假定不同的參考系其基本的測量標準也會是不一樣的，也許絕對空間與絕對時間是不成立的。

於是應有

x'＝λ(x－ut)及x＝λ(x'＋ut')

從而有：

x'x＝λ²(x－ut)(x'＋ut')＝λ²(x'x－utx'＋ut'x－u²tt')

將x＝ct與x'＝ct'代入，則有：

c²tt'＝λ²(ctt'－utct'＋ut'ct－u²tt')

於是，可得：

λ＝1/√1－u²/c²＝1/√1－β²

λ這個因子稱為洛倫茲因子，這個變換就稱為洛倫茲變換。洛倫茲變換的存在說明光速不變原理與相對性原理的表面矛盾在數學上是可以克服掉的。

各種實驗也表明，現實世界的物理情形的確會吻合洛倫茲變換而進行。

建章看世界

的確如你所說，是洛倫茲拼湊出來的，愛因斯坦則是更進了一步，洛倫茲給愛因斯坦的說法起了個名字叫相對論，但很多人對相對論抱懷疑甚至否定態度。想了想嘗試一下從另一個角度來詮釋這個事情。

數學上有幾個特殊的數字:0、1、2，幾何裡是點、線、圓，按維度說是0維、1維、2維。可以說它們是關於世界最基本的表達，我們看看物理學上關於它們的表述是什麼？。

牛頓認為所有物體均有慣性；所有物體無論多大均可還原為一個實點；所有運動均可分解為勻速直線運動，這就是慣性定律，即牛頓第一定律。

可現實世界給牛頓添了堵，這個堵就是波，從2維角度看，波還原後並不是一個實點而是一個圓圈。2維勻速圓周運動的一維投影看上去是個簡振。至於一維下慣性實點勻速直線與簡諧振運動是不是物質運動本源先不去管它，我們嘗試的是另一件事。

勻速圓周運動動力學方程好像是F=mv^2/r，取周長一半展開為一線段，簡稱A。這樣做目的讓它更接近慣性定律表述。簡諧振動力學方程可能是F=-Kx，軌跡也做為一線段，簡稱B。那麼A與B兩個線段都應該是對小球一維運動的同一種表述，但A比B線段長些且A線段上小球是勻速、B線段上小球是有加速度的。這樣的話就存在一種可能:加速度是可以表述為時空彎曲現象，只有這樣A與B才可同一。

洛倫茲變換就提供了可能，愛因斯坦則在這個基礎提出廣義相對論用來解釋引力。只是簡諧振運動方式與直線運動方式一樣都屬於是物質本源性質，即波性和慣性。慣性屬性可表現為質量，那波性……？我不說你也能猜的到。

😂😂😂😂被我忽悠的感覺如何？

下雨了run

洛倫茲變換本質是光速延遲觀測效應。

洛倫茲變換與狹義相對論密不可分，想真正理解狹義相對論，得理解洛倫茲變換的本質。

狹義相對論只兩個基石:相對性原理與光速不變原理。相對性原理講物理規律統一，是所有理論基石，光速不變原理主要講光速與光源運動、參照系無關。想真正理解洛倫茲變換，先得搞清參照系，否則，將被帶到溝裡去，而不自知。

狹義相對論，對應的是慣性系。慣性系是廣義相對論中的一個特殊解。狹義相對論，將光速不變作為原理，給洛倫茲變換一個新的解釋，得到了麥克斯韋方程組的理論支持。

洛倫茲變換有兩個關鍵點:慣性系、電磁波。

慣性系，參照系只是座標不同，除了引力效應，其他都相同。慣性系，引力效應服從牛頓萬有引力定律，是廣義相對論中的特殊解。

電磁波，光速運動，光速不變，光速不可疊加。電磁波，沒有運動質量，運動質量不變化，只變化動量。狹義相對論容不下引力，電磁波，無質量，在慣性系中，理論上不受引力效應影響，也是廣義相對論中的特殊解。

慣性系、電磁波的特殊解性質，是狹義相對論根本所在，看不到這兩點，理解不了狹義相對論。將現實時空及質量物質依據狹義相對論解釋，而不去辯別，得到的解釋基本上在溝裡，少數的因特殊解其實不特殊，那是運氣。

狹義相對論結論有三:鐘慢效應、尺縮效應、質增效應。洛倫茲變換不涉及質增效應，只涉及鐘慢效應與尺縮效應。電磁波光速，相對速度不可變，不鐘慢、不尺縮，剩下的鐘慢效應與尺縮效應的結果是光速不變。

鐘慢效應與尺縮效應產生的前提是產生相對速度，是觀察者與觀察對象之間存在相對速度才產生的，產生的是觀察者所能得到的觀測結果。這個觀測結果，隨觀察者的相對速度改變而改變，與觀察對象無關，觀察對象本身與自身不存在相對速度，自身不產生鐘慢效應與尺縮效應。

總結一下，狹義相對論慣性系中，觀察對象本身的時間、空間尺度不隨任何觀察者的相對速度改變而改變。所有的對象時間、空間尺度，只與自身相關，因相對速度為零，時間是最快的，空間尺度是不壓縮的。狹義相對論還有個基石一一等價原理，狹義相對論中，所有對象的時間、空間都是實的、等價的，不存在特殊性。

所謂鐘慢尺縮，都是觀察者效應，對觀察對象的觀察與觀察結果反饋到觀察者座標，都經過了光速延遲。觀測到的時間、空間都是虛的。

由於克服不了光速延遲，觀測到的也只能是虛的，觀測到的結果與狹義相對論相符。

洛倫茲變換本質是光速延遲觀測效應。

stemmer

牛頓的絕對時空觀有三個特性：1.宇宙在空間上就彷彿能用剛性的立方體冰塊完美填充，並且它不會受任何的影響。2.宇宙在時間上，就好像上方懸掛這一個公共的鬧鐘，每個人都隨時必須立即能看到上邊的時間。3.信息和事物之間的影響作用，在這個宇宙中的傳播速度都是即時的，傳播過程根本就不用花費時間。牛頓的時空觀是一個跳出紙面的上帝視角。哲學基礎是信上帝。

相對論時空觀認為物理學定律對每個觀測者都是平等的，引力和非慣性系是等價的。哲學基礎是尊重人。

洛倫茲變換的實質就是，當兩者無法調和時，選用後者拋棄前者。

關鍵字: 測量 物理學家 科學