Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Ниже приводится список часто встречающихся уравнений специальной теории относительности .

Постулаты специальной теории относительности [ править ]

Чтобы вывести уравнения специальной теории относительности, нужно начать с двух постулатов:

  1. Законы физики инвариантны относительно преобразований между инерциальными системами отсчета. Другими словами, законы физики будут одинаковыми, независимо от того, проверяете ли вы их в кадре «в состоянии покоя» или в кадре, движущемся с постоянной скоростью относительно системы «покоя».
  2. Скорость света в идеальном классическом вакууме ( ), по измерениям всех наблюдателей в инерциальных системах отсчета, одинакова и, кроме того, конечна, но отлична от нуля. Эта скорость действует как верхний предел скорости локальной передачи информации во Вселенной.

В этом контексте «скорость света» действительно относится к максимальной скорости передачи информации или движения обычной материи (неотрицательной массы) локально, как в классическом вакууме. Таким образом, более точное описание относится скорее к скорости света как таковой. Однако легкие и другие безмассовые частицы теоретически действительно перемещаются в условиях вакуума, и эксперимент не опровергает это представление с довольно высокой точностью. Независимо от того, движется ли сам свет , он действует как супремум, и это предположение имеет значение для теории относительности.

Из этих двух постулатов следует вся специальная теория относительности.

В последующем, относительная скорость v между двумя инерциальными полностью ограничено х -направлением, из декартовой системы координат .

Кинематика [ править ]

Преобразование Лоренца [ править ]

В специальной теории относительности очень часто используются следующие обозначения:

Фактор Лоренца

где β = и v - относительная скорость между двумя инерциальными системами отсчета .

Для двух неподвижных систем отсчета γ = 1 и увеличивается с относительной скоростью между двумя инерциальными системами отсчета. Когда относительная скорость приближается к скорости света, γ → ∞.

Замедление времени (разные времена t и t ' в одной и той же позиции x в одной и той же инерциальной системе отсчета)

В этом примере время t , измеренное в кадре на транспортном средстве , известно как собственное время . Собственное время между двумя событиями - например, событием, излучаемым на транспортном средстве, и событием, получаемым светом на транспортном средстве, - это время между двумя событиями в кадре, где события происходят в одном месте. Итак, выше, излучение и прием света происходили в кадре транспортного средства, делая время, которое наблюдатель в кадре транспортного средства мог бы измерить надлежащим временем.

Сокращение длины (разные положения x и x ' в один и тот же момент t в одной и той же инерциальной системе отсчета)

Это формула сокращения длины. Как существовало подходящее время для замедления времени, существует правильную длину для сокращения длины, которая в данном случае является . Правильная длина объекта - это длина объекта в кадре, в котором объект находится в состоянии покоя. Кроме того, это сжатие влияет только на размеры объекта, которые параллельны относительной скорости между объектом и наблюдателем. Таким образом, длины, перпендикулярные направлению движения, не подвержены сокращению длины.

Преобразование Лоренца
Сложение скорости

Метрика и четыре вектора [ править ]

В дальнейшем полужирный шрифт без засечек используется для 4-векторов, а обычный полужирный шрифт - для обычных 3-векторов.

Внутренний продукт (т.е. понятие длины )

где известен как метрический тензор . В специальной теории относительности метрический тензор - это метрика Минковского :

Пространственно-временной интервал

Выше ds 2 известен как пространственно-временной интервал. Этот внутренний продукт инвариантен относительно преобразования Лоренца, т. Е.

Знак метрики и размещение терминов ct , ct ' , cdt и cdt ′, зависящих от времени, могут варьироваться в зависимости от выбора автора. Например, часто временные члены помещаются первыми в четырехвекторах, а затем пространственные термины. Кроме того, иногда η заменяется на - η , в результате чего пространственные члены дают отрицательный вклад в скалярное произведение или пространственно-временной интервал, в то время как временной член дает положительный вклад. Эти различия могут использоваться в любой комбинации при условии, что выбор стандартов полностью соблюдается на протяжении всех выполняемых вычислений.

Преобразования Лоренца [ править ]

Вышеупомянутое преобразование координат можно выразить через матрицу. Для упрощения лучше всего заменить t , t ′ , dt и dt ′ на ct , ct ' , cdt и cdt ′ , которые имеют размерность distance. Так:

затем в матричной форме:

Векторы в приведенном выше уравнении преобразования известны как четырехвекторы, в данном случае это, в частности, четырехвекторы положения. В общем, в специальной теории относительности четырехвекторы можно преобразовать из одной системы отсчета в другую следующим образом:

В приведенном выше примере и - четырехвекторный и преобразованный четырехвекторный соответственно, а Λ - матрица преобразования, которая для данного преобразования одинакова для всех четырехвекторов, которые можно преобразовать. Таким образом, это может быть четырехмерный вектор, представляющий положение, скорость или импульс, и тот же Λ может использоваться при преобразовании между одними и теми же двумя кадрами. Наиболее общее преобразование Лоренца включает ускорения и повороты; компоненты сложны, и преобразование требует спиноров .

4-векторы и инвариантные результаты [ править ]

Инвариантность и унификация физических величин возникают из четырех векторов . [1] Внутреннее произведение 4-вектора на себя равно скаляру (по определению внутреннего произведения), и, поскольку 4-векторы являются физическими величинами, их величины также соответствуют физическим величинам.

Доплеровский сдвиг [ править ]

Общий доплеровский сдвиг:

Доплеровский сдвиг для излучателя и наблюдателя, движущихся навстречу друг другу (или прямо в сторону):

Доплеровский сдвиг для излучателя и наблюдателя, движущихся в направлении, перпендикулярном линии, соединяющей их:

См. Также [ править ]

  • Теория относительности
  • Специальная теория относительности
  • Общая теория относительности
  • Список физических формул
  • Определение уравнения (физика)
  • Определяющее уравнение (физическая химия)
  • Материальное уравнение
  • Список уравнений классической механики
  • Таблица термодинамических уравнений
  • Список уравнений волновой теории
  • Список уравнений гравитации
  • Список уравнений электромагнетизма
  • Список уравнений фотоники
  • Список уравнений квантовой механики
  • Список уравнений в ядерной физике и физике элементарных частиц

Ссылки [ править ]

  1. ^ Динамика и относительность, JR Forshaw, AG Smith, Manchester Physics Series, John Wiley & Sons, 2009, ISBN  978-0-470-01460-8

Источники [ править ]

  • Энциклопедия физики (2-е издание) , RG Lerner, GL Trigg, VHC publishers, 1991, (Verlagsgesellschaft) 3-527-26954-1, (VHC Inc.) 0-89573-752-3
  • Динамика и относительность , JR Forshaw, AG Smith, Wiley, 2009, ISBN 978-0-470-01460-8 
  • Демистифицированная теория относительности , Д. МакМахон, Мак Гроу Хилл (США), 2006, ISBN 0-07-145545-0 
  • Кембриджский справочник по физическим формулам , Г. Воан, Cambridge University Press, 2010, ISBN 978-0-521-57507-2 . 
  • Введение в механику , Д. Клеппнер, Р. Дж. Коленков, Cambridge University Press, 2010, ISBN 978-0-521-19821-9