《人與時空學》十神表(解釋一下物理的時空學)
1.解釋一下物理的時空學
狹義相對論（Special Relativity）是主要由愛因斯坦創(chuàng)立的時空理論，是對牛頓時空觀的改造。
伽利略變換與電磁學理論的不自洽 到19世紀末，以麥克斯韋方程組為核心的經(jīng)典電磁理論的正確性已被大量實驗所證實，但麥克斯韋方程組在經(jīng)典力學的伽利略變換下不具有協(xié)變性。而經(jīng)典力學中的相對性原理則要求一切物理規(guī)律在伽利略變換下都具有協(xié)變性。
邁克爾孫尋找以太的實驗 為解決這一矛盾，物理學家提出了“以太假說”，即放棄相對性原理，認為麥克斯韋方程組只對一個絕對參考系（以太）成立。根據(jù)這一假說，由麥克斯韋方程組計算得到的真空光速是相對于絕對參考系（以太）的速度；在相對于“以太”運動的參考系中，光速具有不同的數(shù)值。
實驗的結(jié)果——零結(jié)果 但斐索實驗和邁克耳遜-莫雷實驗表明光速與參考系的運動無關(guān)。 洛侖茲坐標變換 洛侖茲變換是描述狹義相對論空間中各參考系間關(guān)系的變換。
它最早由洛侖茲從以太說推出，用以解決經(jīng)典力學與經(jīng)典電磁學間的矛盾（即邁克爾孫-莫雷實驗的零結(jié)果）。后被愛因斯坦用于狹義相對論。
1632年，伽利略出版了他的名著《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》。書中那位地動派的“薩爾維阿蒂”對上述問題給了一個徹底的回答。
他說：“把你和一些朋友關(guān)在一條大船甲板下的主艙里，讓你們帶著幾只蒼蠅、蝴蝶和其他小飛蟲，艙內(nèi)放一只大水碗，其中有幾條魚。然后，掛上一個水瓶，讓水一滴一滴地滴到下面的一個寬口罐里。
船魚向各個方向隨便游動，水滴滴進下面的罐口，你把任何東西扔給你的朋友時，只要距離相等，向這一方向不必比另一方向用更多的力。你雙腳齊跳，無論向哪個方向跳 過的距離都相等。
當你仔細地觀察這些事情之后，再使船以任何速度前進，只要運動是勻速，也不忽左忽右地擺動，你將發(fā)現(xiàn)，所有上述現(xiàn)象絲毫沒有變化。你也無法從其中任何一個現(xiàn)象來確定，船是在運動還是停著不動。
即使船運動得相當快，你跳向船尾也不會比跳向船頭來得遠。雖然你跳到空中時，腳下的船底板向著你跳的相反方向移動。
你把不論什么東西扔給你的同伴時，不論他是在船頭還是在船尾，只要你自己站在對面，你也并不需要用更多的力。水滴將象先前一樣，滴進下面的罐子，一滴也不會滴向船尾。
雖然水滴在空中時，船已行駛了許多柞（為大指尖到小指尖伸開之長，通常為九英寸，是古代的一種長度單位）。魚在水中游向水碗前部所用的力并不比游向水碗后部來得大；它們一樣悠閑地游向放在水碗邊緣任何地方的食餌。
最后，蝴蝶和蒼蠅繼續(xù)隨便地到處飛行，它們也決不會向船尾集中，并不因為它們可能長時間留在空中，脫離開了船的運動，為趕上船的運動而顯出累的樣子?！?薩爾維阿蒂的大船道出一條極為重要的真理，即：從船中發(fā)生的任何一種現(xiàn)象，你是無法判斷船究竟是在運動還是停著不動。
現(xiàn)在稱這個論斷為伽利略相對性原理。 用現(xiàn)代的語言來說，薩爾維阿蒂的大船就是一種所謂慣性參考系。
就是說，以不同的勻速運動著而又不忽左忽右擺動的船都是慣性參考系。在一個慣性系中能看到的種種現(xiàn)象，在另一個慣性參考系中必定也能無任何差別地看到。
亦即，所有慣性參考系都是平權(quán)的、等價的。我們不可能判斷哪個慣性參考系是處于絕對靜止狀態(tài)，哪一個又是絕對運動的。
伽利略相對性原理不僅從根本上否定了地靜派對地動說的非難，而且也否定了絕對空間觀念（至少在慣性運動范圍內(nèi)）。所以，在從經(jīng)典力學到相對論的過渡中，許多經(jīng)典力學的觀念都要加以改變，唯獨伽利略相對性原理卻不僅不需要加以任何修正，而且成了狹義相對論的兩條基本原理之一。
狹義相對論的兩條原理 1905年，愛因斯坦發(fā)表了狹義相對論的奠基性論文《論運動物體的電動力學》。關(guān)于狹義相對論的基本原理，他寫道： “下面的考慮是以相對性原理和光速不變原理為依據(jù)的，這兩條原理我們規(guī)定如下： 1.物理體系的狀態(tài)據(jù)以變化的定律，同描述這些狀態(tài)變化時所參照的坐標系究竟是用兩個在互相勻速移動著的坐標系中的哪一個并無關(guān)系。
2.任何光線在“靜止的”坐標系中都是以確定的速度c運動著，不管這道光線是由靜止的還是運動的物體發(fā)射出來的。” 其中第一條就是相對性原理，第二條是光速不變性。
整個狹義相對論就建筑在這兩條基本原理上。 愛因斯坦的哲學觀念是，自然界應當是和諧而簡單的。
的確，他的理論常有一種引人注目的特色：出于簡單而歸于深奧。狹義相對論就是具有這種特色的一個體系。
狹義相對論的兩條基本原理似乎是并不難接受的“簡單事實”，然而它們的推論卻根本地改變了牛頓以來物理學的根基。 后面我們將開始這種推論。
愛因斯坦狹義相對論 相對論是20世紀物理學史上最重大的成就之一，它包括狹義相對論和廣義相對論兩個部分，狹義相對論變革了從牛頓以來形成的時空概念，提示了時間與空間的統(tǒng)一性和相對性，建立了新的時空觀。廣義相對論把相對原理推廣到非慣性參照系和彎曲空間，從而建立了新的引力理論。
在相對論的建立過程中，愛因斯坦起了主要的作用。 愛因斯坦是美籍德國物理學家。
1914年任德國威廉皇帝物理研究所所長和普。
