相對論問題中的“絕對”(圖文)

相對論問題中的“絕對”(圖文)相對論是愛因斯坦的拳頭力作，它是一個革命性的理論，徹底顛覆了牛頓時代的物理學，提出了全新的描述空間、時間、物質(zhì)、能量的觀念。相對論中有一個重要的概念——“相對”，即一切物理量取決于觀察者的參考系。而相對性原理的提出又涉及到“絕對”的問題，本文就來探討一下相對論問題中的“絕對”。相對性原理相對性原理分為“弱相對性原理”和“強相對性原理”兩個方面。弱相對性原理說的是，所有物理定律在不同的參考系中都能夠成立。也就是說，一切物理實驗的結(jié)果都僅與實驗過程中所采用的參考系有關(guān)，不同的參考系下雖然的結(jié)果不同，但是這些結(jié)果之間必須滿足某種數(shù)學上的變換關(guān)系。這個變換關(guān)系就是洛倫茲變換。強相對性原理說的是，物理定律在所有慣性參考系中都應(yīng)該具有相同的形式，即自然規(guī)律的形式具有不變性。這個原理實際上蘊含了下面兩個物理假設(shè)：物理定律自身不隨時間和空間的變化而變化；慣性參考系之間沒有任何區(qū)別，即不存在一個參考系是特殊的，可以區(qū)分較特殊的參考系的想法是錯誤的。絕對時間和絕對空間在牛頓時代，人們認為時間是絕對的，鐘表的時間是所有人都可用的時間。愛因斯坦的相對論對此提出了挑戰(zhàn)，說時間是相對的，不同的觀察者會發(fā)現(xiàn)不同的時間流逝。一個人移動的速度越快，其時間就會過得更慢，而不同觀察者的時間量度是無法絕對吻合的。同樣的，在牛頓時代，人們認為絕對空間存在，即所有人都可用的空間。而按照愛因斯坦的相對論，空間也是相對的，不同的參考系中具有不同的長度和形狀。一般物理現(xiàn)象在不同的參考系下的表現(xiàn)也不同，因而在相對論中也是不存在絕對空間和絕對時間的。這些概念之所以存在，是因為人們理解物理學中各種物理定律的過程中總是習慣于采用絕對時間和絕對空間作為背景。但是如果從相對論中的觀點考慮，這種想法已經(jīng)變得不再必要了。絕對速度狹義相對論將牛頓力學的動力學轉(zhuǎn)化為了四維時空中一個物理系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)，從而導致測量時間、空間和速度等物理量的變換規(guī)則發(fā)生了變化。其中最重要的變化就是，狹義相對論要求光速在所有參考系下都是恒定不變的，因此兩個在不同參考系下相對速度越快的物體，其觀察到的時間和空間效應(yīng)也會越大，因而從一種參考系看來速度為“絕對速度”的概念就不存在了。在狹義相對論中，相對運動的概念是至關(guān)重要的，因為物理規(guī)律必須在所有參考系下都得到完全相同的描述。相對論中透露出的信息就是，如果所有的運動速度都較慢，那么使用經(jīng)典牛頓物理學的一般定理可以得到與特殊相對論沒有什么不同的結(jié)果。然而，一旦物體的運動達到了高速，牛頓物理學就開始表現(xiàn)出明顯的缺陷，于是狹義相對論中的相對論效應(yīng)就變得異常豐富，有許多令人驚異的后果。結(jié)論相對論中的相對性原理所表示的就是，任何一個物理規(guī)律必定是在一定的參考系下才能夠被描寫和研究的。因此，從相對論的角度出發(fā)，不僅不存在絕對時間、絕對空間，甚至絕對速度這樣的基本概念也不存在，一切都是相對的，這是一個顛覆性的概念。相對論的概念在實際應(yīng)用中也是非常重要的，例如在導航領(lǐng)域中，相對論的時間效應(yīng)必須被考慮進去，