相對性原理,伽利略相對性原理,狹義相對性原理,廣義相對性原理。各有什麼特點?

劉雲成1021


斗膽說一下這幾個概念的含義,如有錯誤,歡迎指正。[呲牙]

相對性原理是什麼意思呢?意思是在不同的座標系裡,速度也是不同的。

比如說我站在岸邊,看見有一艘船從左往右遊了過去,船上有一個人在跑步,從船尾跑到了船頭。

那如果從我做參考,船上的人和船都是在向右走。但是從船的角度來看,我是在向左走的 床上的人生是向右走的。

這就是相對性原理,運動都是相對來說的。還是上面的例子,假如船的速度是5米每秒,船上的人的速度是1米每秒。那對於我來說,床上的人的速度是多少呢?[what]

很簡單,就是船的速度,加上那個人跑步的速度,6米每秒。這就是一個伽利略變換,對新的參考系來說,物體速度等於這個參考系,相對於舊參考系的速度,加上物體相對於舊參考系的速度。

可能有點繞啊,已經儘可能說的簡單[捂臉]。如果可以理解,我們想一個問題。光速是不是不可超越的?

如果上面的結論成立,那光速完全可以被超過。假設我和小明站在一起,小明屁股底下坐著一個火箭,手裡拿著一個手電筒。等到一聲令下,小明就會把手電筒打開,同時火箭也開始發動了。

這樣一來,火箭筒對我的速度是多少?是不是手電筒裡發出的光的速度,再加上火箭筒的速度。這,不就超光速了?[震驚]

但是沒有,奇怪的事情發生了。在我測了一下小明手電筒裡光的速度後,發現速度沒有變。而如果我也拿著一個手電筒,和小明同時開燈,光線居然是同時到達的,雖然他坐在火箭上,理論上應該比較快。[吐血]

這個例子說明一個定理,不管在那個參考系 光速都是一樣的。那怎麼解釋上面的現象呢?愛因斯坦說 答案就是,對於小明,他的時間變慢了![耶]

光速一致性原理,不管在誰看來,光速都是一樣的。這就是狹義相對論的一條基本理論,可以根據這個原則 推導出一些理論。

比如說,速度快的物體,時間就會變慢,這就是鐘慢效應。另外還有一個現象,速度快的物體,長度會變短,免得答案太長 就不說了。[黑線]

簡單說了下狹義相對論,那麼廣義相對論說了什麼?廣義相對論說,引力就是加速度。

假設宇宙裡有一個大圓盤,這個圓盤一直在旋轉。如果我們站在圓盤的邊緣,就會發現一個問題。當我們想往中心走的時候 就會被離心力甩開,好像受到了重力一樣。

這個現象也可以這麼解釋,是因為圓盤的邊緣有引力,所以我們,想往中心部分靠近,就會受到引力作用。這個引力是怎麼產生的呢?是因為圓盤在旋轉想,所以有了加速度。

因此,引力和加速度其實是一個東西。而且根據這個例子,還能得出一個結論,時間和空間都是會彎曲的。[靈光一閃]

假設我們從圓盤的中心,慢慢朝著邊緣走,就會發現一個現象。因為越靠近邊緣,速度就會越快,所以根據狹義相對論,時間就變慢了,而且我們受到的引力也會越強。

那就可以得出一個結論,是變強的引力導致了時間變慢。現在拿一根尺子去量圓盤的半徑,和他的周長。由於圓盤在旋轉的方向速度快,所以我們的尺子會變短,量出來的圓周會長一點。[噓]

但是半徑方向,圓周沒有運動,所以尺子的長度沒有變。這樣算出來的圓周率,就比3.14大。圓的圓周率什麼時候會大於派呢?有,除非它所在的空間是彎曲的,比如在畫球面上的圓,圓周率是大於派的。[思考]

這說明了一個現象,這個圓盤處在的空間是彎曲的。而且是因為引力彎曲的,引力越大,就會彎曲的越厲害。也可以這麼說,引力實際上,就是彎曲的空間。

不知道寫了這麼多,大家能稍微理解一點嘛[大笑]

推薦一本科普書,《時間的形狀》,裡面說的詳細的多了。謝謝大家,能看到這裡。





luoyeah


相對性原理是力學的基本原理。以參照物為原點建立座標系,無論靜止系還是運動系空間的各向都是平等的,空間上的任一點是不動的,運動系中的1米與靜止系中的1米相同。

伽利略相對性,指經典力學定律在任何慣性參考系(慣性系)中數學形式不變,力學規律在所有慣性座標系中是等價的。

伽利略相對性原理的經典力學的座標系是慣性系

狹義相對性原理,指一切物理規律在任何慣性系中具有相同的數學形式,是伽利略相對性原理的推廣。它的座標系是除了非慣性系以外的所有座標系。

廣義相對性原理,指一切客觀的真實的物理規律,在任意座標系下均有效。

四種相對性原理的區別和發展,是物理規律適用座標系的區別和發展。


科學趣談菌


關於物體運動的相對性,其並不是絕對一成不變的。根據不同的情況,有許多不同的相對性概念,它們是需要予以澄清。

首先,不同的物理背景,對物體運動的影響是不一樣的。比如,在水中游泳🏊‍♀️和在空氣中行走,兩者的阻力即它們的相對效應是不同的。

其次,相對於物理背景的運動和相對於其他單個物體的運動,也是不一樣的。前者具有實際的物理意義,而後者則僅只是表觀的相對運動。比如,我們跑步🏃時會產生風阻,而相對於傍邊行人🚶‍♀️的運動卻並沒有任何實際的影響。

最後,即便是相對於物理背景的運動,低速時,主要是加速度影響較大;而速度的影響則主要是在高速時才是不可忽略的。

有了以上的預備知識,我們就可以比較清楚地瞭解各種不同的相對性原理,知道它們的基本含義和具體區別是什麼了。

伽利略為了使地球🌍的運動與物體垂直下落現象相協調,其首先提出了相對性原理。伽利略認為,只要沒有加速度,我們就無法分辨自己是否處於運動的狀態。比如,人在船艙內,就無法判斷船🚢是否在航行。

根據剛才我們對相對性概念的最後一個分析,伽利略的相對性原理是在低速情況下的經典相對性原理。在低速的情況下,即便是作為物理背景的參照系,其與其他的表觀參照系一樣,都對物體的運動沒有什麼影響,可以近似地認為相對於所有參照系的運動都是沒有阻力的。

當愛因斯坦面對邁克爾遜-莫雷實驗的零結果和雙星實驗光的頻率具有周期性變化時,他為了化解這一對矛盾現象,使光速時而相對於光源以c運動和光速時而又相對於空間以c運動統一起來,提出了狹義相對性原理。

根據狹義相對性原理,所有的參照系都是完全等價的。每一個參照系中的物理公式和常數都是相同的,所以光速具有不變性。

然而,畢竟同一束光的狀態是唯一的,其相對於不同速度的參照系具有不同的速度。為了使光速滿足其不變性,愛因斯坦將不同參照系上度量速度的時間和距離尺度進行了相應的調整。這就是相對論的尺縮和時間變慢效應。

這就好比一個人在不同的年齡段,其身高和體重都是變化的。為了保持其不變性,就需要我們在不同的時間選用不同刻度的尺子和體重計進行度量。

通過上述分析,我們可以看出以上兩種相對性原理的區別了。

伽利略的經典相對性原理是低速情況下的近似,物理背景和表觀參照系雖有本質的不同,但是在低速的情況下是可以忽略它們彼此之間的差異的。

而愛因斯坦狹義相對性原理則是絕對的,不存在任何特殊的參照系,也沒有什麼具體的物理背景。由此產生了雙生子佯謬,我們無法判斷究竟哪一個兄弟👬更年輕一些。所以,所謂的相對性效應,其僅只是表觀的度量,並不具有任何實際的物理意義。

至於廣義相對性原理,是指由加速度產生的慣性力和兩物質之間的萬有引力是彼此等價的,它們在本質上完全相同。用科學的術語來說,就是慣性質量等於引力質量。

比如,地球的重力和人體乘坐電梯時的加速度,是無法分辨的,它們具有相同的效應。由此,愛因斯坦將萬有引力歸結為空間的幾何彎曲。這就好比順水漂流,將船的運動歸結為水流,而不是船的自身動力。

綜上所述,伽利略的相對性原理和愛因斯坦的相對性原理,都是認為相對速度並沒有什麼具體的物理影響。只是,前者是不同參照系的近似相同,後者則是不同參照系的絕對平等。

而廣義相對性原理與前兩個相對性原理都有所不同,其引入了非慣性系,將慣性力與萬有引力等同了起來,從而使我們的認識在一定的程度上獲得了統一。


淡漠乾坤


你是隻知道名字,不知道內容啊?


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