相对论中的质量与动量 爱因斯坦是第一位明确表述全部物理学的新运动学基础的物理学家，虽然这种新运动学在 Lorentz 的电子论中已经存在了.1905年，通过他对时空间隔概念的批判性考察，这种运动学出现了.基本相互作用统一物理世界图象的方向是爱因斯坦在创立相对论的过程中开辟的.他在解决牛顿力学和电动力学不协调矛盾中没有因循上述的归一思想，他不企图把力学现象和电磁学现象归结为其中任何之一，而是在一个新的时空构架中把两者统一起来.他的狭义相对论实现了在运动学水平上的两者统一. 相对论质量公式的简单推导： 推导的依据：质量守恒(其实质是能量守恒)、动量守恒、洛伦兹速度变换. 设S 系中有两个相同的球A 、B ，其中B 静止，A 以速度v 与B 发生完全非弹性碰 撞. S 系：质量守恒： o m m M += 动量守恒：)1.........()(mv V m m MV o =+= 所以有： )2..(..........V v m m m o =+ S /系：质量守恒： o m m M += 动量守恒：)3.........()(mv V m m MV o -='+= 比较（1）、（3）得： )4(.......... V V -=' / o x /
由洛伦兹速度变换： 22 22211111c v v V c vV V v c Vv v V V V c Vv v V V -=-=---=-='∴--=' 将（2）代入上式：2 2 11c v m m m m m m o o +-=-+ 所以有：221c v m m o -= 证 毕. 爱因斯坦狭义相对论，是建立在所谓的惯性系统中的时空理论.惯性是狭义相对论存在的基 础，因为在惯性系统内，做匀速直线运动的物体的数学物理方程，才满足线性迭加规律.Lorentz 在1904年已经推导出了电子的纵向质量与横向质量的公式[1]，它们分别是： m L = m / (1 – v 2/c 2) 3/2 （1） 以及 m t = m / (1 – v 2/c 2) 1/2 （2） 爱因斯坦在他1905年的论文《论动体的电动力学》中也推导了电子的“纵”质量和“横” 质量（原文中有引号）[2].《论动体的电动力学》的第10节“（缓慢加速的）电子的动力 学”中，Einstein 讨论了这个问题.他从运动方程出发，经过洛伦兹—Einstein 坐标变换， 得出了一组结果：然后保持“质量×加速度=力”的方程形式，通过比较而导出了电子的纵 质量和横质量 式中m o 为物体的静质量.Einstein 所得到的纵质量m L 随速度变化的关系与洛伦兹的结果相同，可是横向质量公式写成： m t = m / (1 – v 2/c 2 ) （3） 公式（3）与Lorentz 的公式（2）不同.爱因斯坦在公式（3）下面有一段文字说明： “采用不同的力与加速度的定义，我们自然会得到其它的质量值.这告诉我们，在比较电子运动的各种理论时，必须十分谨慎地进行.”
一、浅谈光的粒子性 序 人类的认识往往是在曲折中前进的，对光的认识也是如此。最初，人们对光的本质的认识有两种观点，一种认为光是一种波，而另一种观点认为光是一种粒子，即有光的粒子说和波动说两种说法并存。牛顿认为光是一种匀质硬性小球，这种观点能够较好地解释光的反射、折射及光的直线传播现象。但随着光的干涉、衍射现象的发现，使光的波动说又占了上风；而光电效应的发现，使光的粒子说又重新登上了历史的舞台。但麻烦随之而来，因为光的粒子说无法解释干涉、衍射现象，而光的波动说也无法解释光电效应。于是，有聪明人把波动性和粒子性这两种截然不同的特性揉在一起，创造出了所谓的光的波粒二象性，并且自以为对物质的认识又前进了一大步，这还不算，他们又进而推广认为一切物质都有波粒二象性，这恐怕也是没有办法的办法。就在人们为波粒二象性这种新提法而洋洋自得的时候，殊不知，却丧失了一次认识光子内部结构的极好机会。而此后，人们若要揭示光的本性，就要承受更大的压力，排除更多的干扰，做更多不必要的工作。本文将从光的干涉、衍射现象入手，全面揭示光的本性－－粒子性…… 1、光的本性――粒子性 光的本性是什么？这个问题似乎无需讨论。物理学家会告诉你，光具有波粒二象性，是一种物质波；实际上一切物体都具有波动性，只不过宏观物质的物质波较短，更多时候其表现出粒子性而已。这样
的回答不禁使人想起一个幽默： 有人问：“地球为什么是圆的？” 答曰：“因为它在转” 又问：“地球为什么在转？” 答曰：“因为它是圆的” 光是什么？━━光是一种物质波。 光为什么是物质波？━━因为它有波粒二象性。 光为什么有波粒二象性呢？━━因为它是一种物质波。 我们痛心地发现，这个简单的近乎无聊的逻辑被人滥用到了令人吃惊的程度，在当今物理学中，似乎不谈物质波、相对论就显得落伍、水平不高什么的。那么，物质波是什么东西呢？恐怕只有极少数的聪明人才知道！我从来就认为光是一种粒子。这种观点可以解释光的直线传播、反射等等现象，但是光子说的确“无法解释光的干涉、衍射现象”。长久以来，我一直在思考如何解释这个问题，而光的干涉现象、衍射现象无疑是建立光子说的最大障碍。所以要想建立光子说，必须首先突破干涉现象、衍射现象的瓶颈。如何认识光的干涉现象、衍射现象呢？我们认为需要从两个方面入手，一方面是光子内部结构问题，另一方面是引力场的问题，这两方面要统筹考虑。。牛顿的光子说仅仅把光子看作一种简单的匀质硬性小球，这实际上是对光子的内部复杂结构认识不足，我们认为，光子并不是“匀质硬性小球”，它有极其复杂的内部结构，而光的干涉现象和衍射现象实际上是我们通过引力场认识光子内部结构的极好机会。
习题6 6-1．设固有长度m 50.20 =l 的汽车，以 m /s 0.30=v 的速度沿直线行驶，问站在路 旁的观察者按相对论计算该汽车长度缩短了多 少？ 解：l l =，由泰勒展开， 21 12x =-+ ∴2 2 112u c ≈-，2 140021 1.25102u l l l l m c -?=-=?=?。 6-2．在参考系S 中，一粒子沿直线运动，从坐标 原点运动到了m 105.18 ?=x 处，经历时间为s 00.1=t ?，试计算该过程对应的固有时。 解：以粒子为S '系，利 用t '?=? 0.866t s '?==。 6-3．从加速器中以速度c v 8.0=飞出的离子在它的运动方向上又发射出光子。求这光子相对于加速器的速度。 解：设加速器为 S 系，离子为S '系，利用： 21x x x v u v uv c '+='+， 则 ： 220.80.8 11x x x v u c c v c uv c c c c '++==='?+ + 。 6-4 1000m 的高空大气层中产生了一个π介子，以速度0.8v c =飞向地球,假定该 π介子在其 自身的静止参照系中的寿命等于其平均寿命 62.410s -×，试分别从下面两个角度，即地 面上观测者相对π介子静止系中的观测者来判断 该π介子能否到达地球表面。 解：（1）地面上的观察者认为时间膨胀： 有 t ?= ， ∴ 66 410410.8)t s a -?=? 由 860.83104109601000l v t m m -=?=????=<，∴到达不了地球； （2）π介子静止系中的观测者认为长度收缩： 有l l =， ∴ .8) 1 016 l m == 而 682.4100.8310576600s v t m m -=?=????=<，∴到达不了地球。 6-5 长度0 1m l =的米尺静止于'S 系中，与 x ′轴的夹角'θ=30° ，'S 系相对S 系沿x 轴运动，在S 系中观测者测得米尺与x 轴夹角为 =θ45° 。试求：（1）'S 系和S 系的相对运动速度。（2）S 系中测得的米尺长度。 解：（1）米尺相对S '静止，它在,x y ''轴上的 投影分别为： 0cos 0.866m x L L θ''==，
比较相对论时空观和牛顿经典时空观，浅谈科学发展中的肯 定与否定 “天地万物之逆旅，光阴者百代之过客”，人类生存于天地之间，漫步于时间长河，对于时间与空间的思考萦绕于一代又一代人的心头。随着人类文明的发展，人们对时空观的认识也在不断变化，在这其中相对论时空观和牛顿经典时空观是公认的科学史上有很大影响力的时空观，下面我就对这二者进行比较，谈一谈人类科学发展中的“肯定”与“否定”。 首先，从理论基础来看这两个时空观。这两个时空观是建立在不同的理论基础之上的。牛顿的经典时空观是以经典力学为基础建立起来的，爱因斯坦提出的相对论时空观是以光速c不变为理论基础。 其次，从内容来看这两个时空观。由于二者理论基础的不同，这也就决定了这两个时空观内容的截然不同。这就像种下两个种类不同的种子，那最后长出来的东西肯定是不同的。这两个时空观对时间和空间与物质的关系看法不同。牛顿经典时空观是绝对时空观，认为时间和空间与物质及其运动无关，时间坐标系和空间坐标系是完全脱离物质而独立存在的，时间间隔和空间间隔在不同的惯性系中保持不变，即时间空间观念与物质运动状态无关。而相对论时空观认为有物质才有时间和空间，时间和空间与物体的运动状态有关。这两个时空观对时间与空间的关系看法也不同。牛顿经典时空观认为时间和空间彼此无关，独立各自。而相对论时空观则恰恰相反，它认为两个时间在不同的惯性系看来，它们的空间关系是相对的，时间关系也会是相
对的，时间和空间不是互相独立的而是彼此不可分解的整体，只有空间和时间联系在一起才有意义，光速c是建立不同惯性系间的时间和空间变换的纽带。 毋庸置疑，事实是唯一的，然而这两个时空观却给出了迥然不同的答案。我们是不是能够肯定一方而否认另一方呢？我认为不能。虽然相对论时空观得到了大多数人的认可，但我们不能否定牛顿经典时空观。它为科学的发展做出了重要的贡献。自十七世纪，牛顿力学不断发展并取得巨大成就，以牛顿力学为基础建立了天体力学和应用力学等等。从地面上的各种物体运动到各种现代化交通工具以及天体的运动，都服从牛顿力学规律，这充分说明了牛顿力学规律的正确性。值得指出的是，牛顿的力学为十八世纪的工业革命及其之后的机器生产准备了科学理论。马克思曾经认为，在十八世纪臻于完善的力学是“大工业的真正科学的基础。”毫无疑问，当时这个“科学的基础”的最主要而且也是最重要的部分是牛顿的力学。牛顿的经典力学体系和他的方法论使物理学在十八、十九世纪期间得以迅速发展，并成为那时理论物理学的纲领或规范。迄至今日，人们关于自然过程的物理认识都可以看作是牛顿思想的一种系统的发展。到十九世纪末，牛顿经典力学在解释新实验事实时遇到了困难。相对论的提出成功的解决了这一问题，揭露了时间和空间某种普遍而新颖的联系，引起了人类时空观的变革，为现代科学技术的发展奠定了牢固的基础。这两个时空观各有其各自的价值，没有谁对谁错，我们不能单纯的肯定与否定。这看似不符合逻辑，但在很多时候我们是不能简单的肯定或否定的，
高中物理学习材料 （精心收集**整理制作） 第4节相对论的速度变换定律质量和能量的关系 第5节广义相对论点滴 1．相对论的速度变换公式：以速度u相对于参考系S运动的参考系S′中，一物体沿与u 相同方向以速率v′运动时，在参考系S中，它的速率为________________．2．物体的质量m与其蕴含的能量E之间的关系是：________.由此可见，物体质量________，其蕴含的能量________．质量与能量成________，所以质能方程又可写成________．3．相对论质量：物体以速度v运动时的质量m和它静止时的质量m0之间有如下的关系________________． 4．广义相对论的两个基本原理 (1)广义相对性原理：在任何参考系中物理规律都是____________． (2)等效原理：一个不受引力作用的加速度系统跟一个受引力作用的惯性系统是等效的． 5．广义相对论的几个结论： (1)光在引力场中传播时，将会发生________，而不再是直线传播． (2)引力场使光波发生________． (3)引力场中时间会__________，引力越强，时钟走得越慢． (4)有质量的物质存在加速度时，会向外辐射出____________． 6．在高速运动的火车上，设车对地面的速度为v，车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动，那么他相对地面的速度u与u′＋v的关系是() A．u＝u′＋v B．u
习题 6-1. 设固有长度m 50.20=l 的汽车，以m/s 0.30=v 的速度沿直线行驶，问站在路旁的观察者按相对论计算该汽车长度缩短了多少？ 解：)(12 20 c v l l -= 2 222 211)(1c v c v - ≈- m c v l l l l 14 2 2001025.121-?=?=-=? 6-2. 在参考系S 中，一粒子沿直线运动，从坐标原点运动到了m 105.18 ?=x 处，经历时间为 s 00.1=t ?，试计算该过程对应的固有时。 解：以粒子为S '系 s c v t t 866.0)(122=-?='? 6-3. 从加速器中以速度c v 8.0=飞出的离子在它的运动方向上又发射出光子。求这光子相对于加速器的速度。 解：设加速器为S 系，离子为S '系 c c v u u v v x x x ='++'= 21 6-4. 两个宇宙飞船相对于恒星参考系以0.8c 的速度沿相反方向飞行，求两飞船的相对速度。 解：设宇宙船A 为S 系，速度0.8c ，宇宙船B 为S '系，速度0.8c - 根据洛伦兹速度变换公式：'' 2 1x x x v u v uv c +=+，有： 2 0.80.80.81c u c cu c -+=-+ 0.976 u c = 6-5. 从S 系观察到有一粒子在01=t 时由m 1001=x 处以速度c v 98.0=沿x 方向运动，s 10后到达2x 点，如在S '系(相对S 系以速度c u 96.0=沿x 方向运动)观察，粒子出发和到达的时空坐标 2211 ,,,x t x t ''''各为多少？(0='=t t 时，S '与S 的原点重合)，并算出粒子相对S '系的速度。 解：s c c c c c v x c u t t 62222 121110147.1)96.0(110096.00)(1-?=-?-=-- ='
浅谈职场制胜相对论 有这么一个故事，说两个人在森林里面遇到一头熊，A 立即拼命的跑，B就说啦：你这么拼命干啥？你还能跑得过熊？A说：我只要跑得过你就行了。 A凭什么活下来？就凭能比B跑得快一点。在这个故事中，相对论的运用救了A的性命；其实，在我们职场中相对论问题无处不在，熟练掌握相对论你将游刃有余！ 这里的新人通指新入职的员工，不管你是菜鸟还是高管，你都会考虑一些问题：我该怎么样活下去？我以什么打动老板？我该怎么工作…… 这里的相对论构成是：老板是狗熊，你的前任是你的对手！ 这里有两个问题我们要辩证的认识： 其一，确认前任的短处比继承前任的长处要重要。老板换人一般就是因为前面的人有了他不能忍受的短处，如果你不知道老板对前任有什么不满意，哪怕你把前任的长处全部继承了，你对老板换人来说是没有意义的。 其二，突出自己改善前任缺点的能力比以自我为中心、盲目发挥自己的长处要重要。老板换了一个人后一般最先关注的是能否立竿见影的改善工作，这个时候你优先突出什么能力就显得很重要。 在职场中你有时可能面对一种工作，这个工作你以前没
有做过、公司以前也没有人做过，你该怎么做呢？ 这里的相对论构成是：老板是狗熊，老板的底线是你的对手！ 首先，你认清楚老板的底线比知道老板的期望要重要；其次，优先计划确保底线达标比力图全面实现要重要。 对一个陌生工作而言，难是难在你没有参考做法，但是，好也就好在你没有参考业绩。只要你能确保实现底线，因为大家也缺乏对业绩的衡量标准，一般还是能接受的。 职场人员时时刻刻面临着竞争，这种竞争来源于自己的同事、来源于行业内的同行，更来源于自我对回报的不断要求，这些都要求你必须不断的做到更好。该如何自我提升呢？ 这里的相对论构成是：市场是狗熊，同事/同行/自我是你的对手！ 实现自我提升你需要两个习惯： 首先，凡事不管大小一定用自己最大的努力去做，拿出自己最完美的作品。不应该停留在按要求、按部就班的去做，满足于取得一个还过得去的成绩。 其次，面对同事/同行/自我以前的作品，必须强迫自己去找出进一步改善点。改善不在乎大小，勿以善小而不为，关键是只有不断的改善才会有你不断的进步，才能积少成多。 公司与公司也存在永恒的竞争，该学习对手超越对手吗？该埋头完善自我而自然而胜吗？该什么时候该向对手发起
光子与电子的特性比较
电荷- e 0 自旋l(h)/2 l(h)注1：根据上面的观点，有效引力质量为0，存在有效电磁质量； 注2：根据上面的观点，存在库仑力，但是非常小. 注3：根据上面的观点，电量不等于0，但是非常小. 在各种粒子的相互作用中，动量守恒定律依然成立，Compton效应与此理论并不矛盾.在光电效应中由于电子的电磁质量具有量子性，所以只有吸收一定频率的光子电子才能逸出.若频率小于该频率，也不能吸收多个光子使电子逸出，因为电子吸收一个光子后电磁能不在其量子态，这一现象用现代物理学理论无法解释.电子吸收光子后电磁质量增加，能级增大.如果频率进一步增大，多余的电磁能将转化为引力能，使电子具有一定的动能. 光子与电子的一个重要区别：光子的数目在传播中不守恒.在吸收介质中光子的数目会减少，而在增益介质（反转介质）中则增加.如果囚禁在反转介质中的光子获得的增益大雨损耗，就可能产生激光. e-+e+→γ + γ ,偶尔也会转化为三个光子，一对几乎静止的正负电子，其总能量为2mc2.由于动量守恒的要求，两个光子必定以相同的能量朝相反的方向辐射出来.因此每个光子的能量为mc2=0.51Mev,其实它仅为电子的引力能量转化为电磁能量，正负 electric charge中和电磁质量空间量子形式消失，它们激发的electric field的空间结构相互抵消.根据bootstrap关系，所有的基本粒子都是至少由两个基本粒子复合而成的，而且它们之间的关系是可逆的，其中没有哪一种粒子比其他粒子更优越.就是说，任何一种基本粒子都能够充当构成多种其他基本粒子的要素. 当π0介子衰变为两个光子时，由于光子的引力静止质量为0，因此π0介子内部蕴藏的全部引力能量被释放出来而转变为光子的电磁质量的空间量子形式.在适当条件下，它们还可以从激发space-time中获得，例如正负电子对的产生.Newton讲：“物体变为光和光变为物体是符合自然进程的，自然界似乎以转化为乐”. 光电效应说明引力质量和电磁质量可以互相转化，在转化过程中能量不变，满足能量守恒定律.正如钱学森所言，“光子学是一门和电子学平行的科学，而不是在电子学之内的科学”.
狭义相对论基础习题解答 一 选择题 1. 判断下面几种说法是否正确 ( ) (1) 所有惯性系对物理定律都是等价的。 (2) 在真空中，光速与光的频率和光源的运动无关。 (3) 在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向传播的速度都相同。 A. 只有 (1) (2) 正确 B. 只有 (1) (3) 正确 C. 只有 (2) (3) 正确 D. 三种说法都正确 解：答案选D 。 2. (1)对某观察者来说，发生在某惯性系中同一地点、同一时刻的两个事件，对于相对该惯性系作匀速直线运动的其它惯性系中的观察者来说，它们是否同时发生？ (2)在某惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件，它们在其它惯性系中是否同时发生？ 关于上述两个问题的正确答案是：( ) A. (1) 同时， (2) 不同时 B. (1) 不同时， (2) 同时 C. (1) 同时， (2) 同时 D. (1) 不同时， (2) 不同时 解：答案选A 。 3．在狭义相对论中，下列说法中哪些是正确的？( ) （1） 一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速. （2） 质量、长度、时间的测量结果都随物体与观察者的相对运动状态而改变 （3） 在一惯性系中发生于同一时刻，不同地点的两个事件在其他一切惯性系中也是同时发生的. （4） 惯性系中的观察者观察一个与他作匀速相对运动的时钟时，会看到这时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些。 A. (1)，(3)，(4) B. (1)，(2)，(4) C. (1)，(2)，(3) D. (2)，(3)，(4) 解：同时是相对的。 答案选B 。 4. 一宇宙飞船相对地球以0.8c 的速度飞行，一光脉冲从船尾传到船头。飞船上的观察者测得飞船长为90m ，地球上的观察者测得光脉冲从船尾发出和到达船头两个事件的空间间隔为 ( ) A. 90m B. 54m C. 270m D. 150m 解： ?x ′=90m, u =0.8 c , 87 90/(310)310s t -'?=?=?
作为一名软件学院的学生，我对物理学，或者宇宙学并没有深入的了解。自己所有的物理学知识，只是在高考前学习的一些经典物理学的皮毛，再加上平时书籍上的一点积累。因此不敢妄称此篇文章为论文，只能说是谈谈上完整个学期的宇宙学浅谈的一点感想。 我出生于东北的林区，小的时候最喜欢做的事情就是仰望天上的星斗。那时的夜空十分漆黑，却黑的澄明。那时的我有着无比的求知欲，总是缠着妈妈让她买书给我看。一本少儿版的《十万个为什么》让我看了一遍又一遍。只要是有关天文的书籍，我都会十分迅速的看完。渐渐地我对于星空有了更深入的了解。认识了不少的星座，知道了夜空中如何区别恒星和行星，恒星的烟花以及夏季夜空中的白带是璀璨的银河…… 10岁以后我从林区的故乡搬到城市求学，从此我就很少仰望夜空了。并不是我已经不再喜欢天文，只是因为即使在十分晴朗的夜空下抬头看，也只能看到那几颗星等很高的星——天狼星，几颗行星。夜空总是朦胧着昏红的光，我知道那是城市的光污染。漫天的繁星暂时与我无缘，也只有在偶尔去农村或是回故乡才能再次看到那美丽的夜空。 其实观察星空只是天文学的表象，离真正的宇宙学和物理学差的很远。在高中的时候我读到了霍金的《时间简史》的普及版。于是对相对论和量子理论以及宇宙的演化有了浅显的认识。但是在读霍金的《果壳中的宇宙》时，却很难读懂，再加上课业的繁重也就只能作罢。 在本学期选修了余老的宇宙学浅谈，又燃起了我对于宇宙及物理学的强烈渴望。虽然我此生也许并不会投身于对于宇宙的探索及对物理学的研究。但是只要在条件允许的前提下，我一定会主动为那些研究者提供各方面的支持，也当是圆了我儿时的梦想。下面就我就简单的阐述下自已对虫洞理论理解。 虫洞： 由阿尔伯特·爱因斯坦提出该理论。简单地说，“虫洞”就是连接宇宙遥远区域间的时空细管。暗物质维持着虫洞出口的敞开。虫洞可以把平行宇宙和婴儿宇宙连接起来，并提供时间旅行的可能性。 举个例子：大家都在一个长方形地广场上，左上角设为A，右上角设为B，右下角设为C，左下角设为D。假设长方形的广场上全是建筑物，你的起点是C，终点是A，你无法直接穿越建筑物，那么只能从C到B，再从B 到A。再假设假如长方形的广场上什么建筑物都没了，那么你可以直接从C 到A，这是对于平面来说最近的路线。但是假如说你进入了一个虫洞，你可以直接从C到A，连原本最短到达的距离也不需要了。这就是所谓的虫洞。这就如同将这个二维平面像纸一样翻卷一下让A接近C。 虫洞连接黑洞和白洞，在黑洞与白洞之间传送物质。在这里，虫洞成为一个阿尔伯特?爱因斯坦—罗森桥，物质在黑洞的奇点处被完全瓦解为基本粒子，然后通过这个虫洞（即阿尔伯特?爱因斯坦—罗森桥）被传送到白洞并且被辐射出去。目前天文学家已经间接地找到了黑洞，但白洞、虫洞并未真正发现 白洞 是广义相对论预言的一种与黑洞相反的特殊天体，是大引力球对称天体的史瓦西解的一部分。白洞仅仅是理论预言的天体，到现在还没有任
相对论性质量 我们知道，对质量的不同看法，是相对论力学和经典力学的重大分歧之一。经典力学中，一个物体的质量是恒定不变的，与物体的运动状态无关；相对论力学则认定，一个物体的质量是可变的，与其运动的速度有关，即 式中m为运动质量，简称动质量：m0为“静止质量”，简称静质量。(1)式通常被称为“质速关系式”，是相对论力学的基本公式。 然而，笔者认为，经典的质量观是正确的，相对论的质量观是错误的，理由如下。 (1)相对论性质量违反力学相对性原理。为便于论证，我们假设有一个“静止的”惯性系k和一个相对于k系以速度v运动的惯性系K，系静止的物体，相对于K系便是以速度V 运动的。现在的问题是：把一个相对于k系静止时质量为 m0的物体摆放在k＇，系上，它对于k＇系的质量是否会增加? 令该物体在k＇系上的质量为m，按(1)式显然有m≠m0。这样，惯性系k和惯性系k＇就不是等价的。当我们用同样的力作用于该物体，它在k系和k＇系上就会产生不同的加
速度，从而可以区分这两个惯性系，进而甚至可确定一个惯性系究竟是静止的还是运动的。但是，力学相对性原理告诉我们，力学定律在所有的惯性系都是等价的，因此不可能出现那样的结果。可见，力学相对性原理是人类实践经验的总结，经受了长期的检验，爱因斯坦也是完全赞同的，他还把它推广到电动力学上，作为狭义相对论的两个公设之一。因此，违反力学相对性原理的相对论性质量观，是错误的。 (2)“动质量”和“静质量”是不可区分的。我们知道，物理学中“动”和“静”是相对的，不是绝对的。飞机上的行李，相对于地面而言，它是运动的，但相对于飞机而言，它是静止的。该行李放在地面上时，相对于地面是静止的，但相对于飞行飞机却又是运动的，更不必说，它对于太阳、银河等等总是处在运动中。因此，任何一个质量都既是“静质量”，又是“动质量”，绝对的静止质量和绝对的运动质量都是不存在的。 (3)质速关系式不能解释光子的质量。质速关系式(1)包含有光速c，故它必须适用于光子。但是，(1)式却不能解释光子的质量问题，因为：如果光子具有静质量(≠0)，则在真空中光子的动质量据(1)式便为无穷大；这当然是荒谬的；如果光子的静质量为零，因光在空气、水、玻璃等介质中的速率小于c，故在这些介质中的光子的动质量便为零，于是光子的能量为零。这当然与事实不符。既然质速关系式(1)不能解
齐瑞尔 光子能量治疗 大指导灵齐瑞尔由卡胡传导 原文：https://www.doczj.com/doc/f75919564.html,/content/view/663/38/ 翻译：凭什么阻止我 KIRAEL: We will be speaking about photon energy again so that I can hopefully go into more depth about this remarkable energy source. Don't judge anything I say today. Listen and take it all in. One day it will all make more sense to you. We'll begin now. 齐瑞尔：我们将再一次谈论光子能量，以便让我更深入谈及此非凡的能量源。别对我今天所说的下任何判断。收听而且全部听进去。终有一天你会更明白。我们现在开始。 Q: What color is photon? 问：光子是什么颜色？ KIRAEL: Photon is golden, but it's so bright that you lose the color of the gold somewhat. If you intensify it, then bring it into this journey so you can see it, it will appear as a white gold. 齐瑞尔：光子是金色的，但它如此明亮，看上去有点褪了金色。如果你强化它，然后将它带到此旅程，那么你就可以看到它，它会显示为白金。 Q: What is a photon wave and does it have a weave? 问：光子波是什么，它有一个交织吗？ KIRAEL: The photon wave, which is made of particles not visible to the physical eye, flows through the dimensional realities and surrounds your planet and all other planets in your galaxy. If you could see a photon wave with your physical eyes, you'd
5、光子与电子的特性比较 注1：根据上面的观点，有效引力质量为0，存在有效电磁质量； 注2：根据上面的观点，存在库仑力，但是非常小。 注3：根据上面的观点，电量不等于0，但是非常小。 在各种粒子的相互作用中，动量守恒定律依然成立，Compton效应与此理论并不矛盾。在光电效应中由于电子的电磁质量具有量子性，所以只有吸收一定频率的光子电子才能逸出。若频率小于该频率，也不能吸收多个光子使电子逸出，因为电子吸收一个光子后电磁能不在其量子态，这一现象用现代物理学理论无法解释。电子吸收光子后电磁质量增加，能级增大。如果频率进一步增大，多余的电磁能将转化为引力能，使电子具有一定的动能。
光子与电子的一个重要区别：光子的数目在传播中不守恒。在吸收介质中光子的数目会减少，而在增益介质（反转介质）中则增加。如果囚禁在反转介质中的光子获得的增益大雨损耗，就可能产生激光。 e-+e+→γ + γ ,偶尔也会转化为三个光子，一对几乎静止的正负电子，其总能量为2mc2。由于动量守恒的要求，两个光子必定以相同的能量朝相反的方向辐射出来。因此每个光子的能量为mc2=0.51Mev,其实它仅为电子的引力能量转化为电磁能量，正负 electric charge中和电磁质量空间量子形式消失，它们激发的electric field的空间结构相互抵消。根据bootstrap关系，所有的基本粒子都是至少由两个基本粒子复合而成的，而且它们之间的关系是可逆的，其中没有哪一种粒子比其他粒子更优越。就是说，任何一种基本粒子都能够充当构成多种其他基本粒子的要素。当π0介子衰变为两个光子时，由于光子的引力静止质量为0，因此π0介子内部蕴藏的全部引力能量被释放出来而转变为光子的电磁质量的空间量子形式。在适当条件下，它们还可以从激发space-time中获得，例如正负电子对的产生。Newton讲：“物体变为光和光变为物体是符合自然进程的，自然界似乎以转化为乐”。 光电效应说明引力质量和电磁质量可以互相转化，在转化过程中能量不变，满足能量守恒定律。
10狭义相对论基础习题思考题
习题10 10-1．一观察者测得运动着的米尺长0.5m ，问此尺以多大的速度接近观察者？ 解：由动尺缩短公式 2 20 1c v l l -=，可得 2 2 115.0c v -?= m/s 106.22 3 8?== c v 10-2．在参考系S 中，一粒子沿直线运动，从坐标原点运动到了m 105.18 ?=x 处，经历时间为s 00.1=t ?，试计算该过程对应的固有时。 解：以粒子为S '系，利用2 2 1()t u c '?=?- 8 2 8 1.510 1()0.866310 t s ?'?=-=?。 10-3．长度0 1m l =的米尺静止于'S 系中，与 x ′ 轴的夹角'θ=30°，'S 系相对S 系沿x 轴运
动，在S 系中观测者测得米尺与x 轴夹角为=θ45°。试求：（1）'S 系和S 系的相对运动速度。（2）S 系中测得的米尺长度。 解：（1）米尺相对S '静止，它在,x y ''轴上的投影分别为： 0cos 0.866m x L L θ''==，0 sin 0.5m y L L θ''==。 米尺相对S 沿x 方向运动，设速度为v ，对 S 系中的观察者测得米尺在x 方向收缩， 而y 方向的长度不变，即：2 21x v L L c =-， y y L L '= 故 ：2 2 tan 1y y x x x L L L L L v L c θ''== = '-。 把ο 45θ=及,y L L ''代入，则得： 220.510.866 v c -=，故 ： 0.816v c = (2)在S 系中测得米尺长度为 0.707m sin 45y L L = =? 。
从相对论到量子力学 ---浅谈爱因斯坦的研究 摘要： 二十世纪，相对论和量子力学是物理学界最伟大的成就。科学家的视野从牛顿的经典中离开，开始转向更为广袤的天地———高速运动和微观粒子的世界。 爱因斯坦是相对论的创立者，是量子力学的催生者之一。毫无疑问，他是伟大的。 但伟人并不意味着完美。 爱因斯坦始终排斥着玻尔的量子系统的概率论。他说，“上帝不掷骰子。” 但实验是铁证。 玻尔说：“我们不能告诉上帝，该做什么。” 霍金评论道，“上帝不仅掷骰子，而且他总是把骰子扔到我们看不到的地方！” 从相对论到统一场理论，爱因斯坦试图用数学统一整个物理。但是，上帝掷了骰子，他还是失败了。 关键词：相对论，量子力学，爱因斯坦，场理论。 引言：作为二十世纪最伟大的物理学家，爱因斯坦以其天才的头脑，提出了相对论。但，作为二十世纪的另一座里程碑——量子力学，爱因斯坦却没有留下过多的贡献。而倾尽毕生之力的场理论，成为了爱因斯坦的遗憾。 是什么原因造成了这样的状况呢？为什么已经登上巅峰的爱因斯坦终究没能攻下另一座堡垒？ 正文：一、爱因斯坦是如何创立相对论的 1、伯尔尼的辉煌记录
1905年，在不到8个星期内，四篇划时代的论文被寄到《物理学杂志》。 这四篇论文分别是《论动体的电动力学》、《关于光的产生和转化的一个启发性的观点》、《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》和《物体的惯性同她所含的能量有关吗？》。相对应的内容是著名的狭义相对论、量子学论文、布朗运动的理论解释和质能转换定律。 就是在远离科学中心的伯尔尼，身为无名小卒的爱因斯坦发表了彻底改变现代物理学和宇宙学的四篇论文，他的1905年的奇迹年（annus mirabilis）总是被庆祝，他如泉水般喷涌的天才引发了令人惊愕的敬意。 2、天才的思考 空间和时间的概念在狭义相对论中扮演着重要的角色，也是最大的突破。因为在牛顿的绝对时空观里，空间和时间是具有绝对的意义的，并且相互独立。 1905年以前的很长一段时间内，爱因斯坦一直思考着一个很困难的问题：麦克斯韦的方程组是正确的，光速是不变的。但光速的不变性又与经典力学的速度相加规则相矛盾。在和朋友的一次谈话之后，这个问题解开了：时间和信号速度之间有着不可分割的联系。 从某个角度来讲，狭义相对论几乎是直接从麦克斯韦的电磁场理论地出来的。麦克斯韦的电磁理论具有一种不对称性。而他认为这种不对称性是值得怀疑的，因为它破坏了物理学中的统一和内在的和谐。而不对称性起源于其理论中少不了的“绝对静止”的以太。方程组推出光速是恒定的，但这是对哪个参考系成立的呢？包括洛伦兹在内的一些物理学家明确承认绝对静止的“以太”的存在。可是所有的以太漂移实验都失败了，经典物理学走入了死胡同。 但爱因斯坦认为，绝对静止的以太是一个错误的概念，这明显破坏了对称性和统一性。爱因斯坦以其惊人的想象力，抛弃了经典力学的速度合成法，肯定了同时性在不同惯性参考系中是相对的，提出了空间和时间的相对性和统一性。不变的不是时间和空间，而是光速。 绝对静止是人类的假想，并不足以成为一个客观规律。自然界的存在和发展并不以人的意志为转移。他认为，好的物理规律是恒定不变的，如果事实无法与方程结合，那么努力让它们统一。用一组方程，用最简洁的表达，阐述真理。 不得不说，爱因斯坦是当之无愧的天才。身体活在低速运动的世界，思想已
E*dv表示在频率范围（v,v+dv）中的黑体辐射能量密度。 λ—辐射波长(μm) T—黑体绝对温度(K、T=t+273k) C—光速(2.998×10^8m·s ) h—普朗克常数，6.626×10^-34 J·S K—玻尔兹曼常数(Boltzmann)，1.3806505*10^-23J/K基本物理常数 玻尔兹曼常数（Boltzmann constant）（k 或kB）是有关于温度及能量的一个物理常数。玻尔兹曼是一个奥地利物理学家，在统计力学的理论有重大贡献，波兹曼常数具有相当重要的地位。光量子即光子。能量的传递不是连续的，而是以一个一个的能量单位传递的。这种最小能量单位被称作能量子（简称量子）。 原始称呼是光量子（light quantum），电磁辐射的量子，传递电磁相互作用的规范粒子，记为γ。其静止质量为零，不带电荷，其能量为普朗克常量和电磁辐射频率的乘积，E=hv，在真空中以光速c运行，其自旋为1，是玻色子。 光子是光线中携带能量的粒子。一个光子能量的多少正比于光波的频率大小，频率越高, 能量越高。当一个光子被原子吸收时，就有一个电子获得足够的能量从而从内轨道跃迁到外轨道,具有电子跃迁的原子就从基态变成了激发态。 光子具有能量，也具有动量，更具有质量，按照质能方程，E=MC^2=hν，求出M=hν/C^2, 光子由于无法静止，所以它没有静止质量，这儿的质量是光子的相对论质量。光就既具有波动性（电磁波），也具有粒子性（光子），即具有波粒二象性 玻色子是依随玻色-爱因斯坦统计，自旋为整数的粒子。玻色子不遵守泡利不相容原理，在低温时可以发生玻色-爱因斯坦凝聚。玻色子包括：.胶子-强相互作用的媒介粒子，它们具有整数自旋（0，1，……），它们的能量状态只能取不连续的量子态，但允许多个玻色子占有同一种状态。，有8种；光子-电磁相互作用的媒介粒子，这些基本粒子在宇宙中的“用途”是构成实物的粒子(轻子和重子)和传递作用力的粒子（光子、介子、胶子、w和z玻色子）。在这样的一个量子世界里，所有的成员都有标定各自基本特性的四种量子属性：质量、能量、磁矩和自旋。如光子、粒子、氢原子等， Bose-Einstein condensation (BEC) 玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)是科学巨匠爱因斯坦在80年前预言的一种新物态。这里的“凝聚”与日常生活中的凝聚不同，它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态（一般是基态）。即处于不同状态的原子“凝聚”到了同一种状态。即当温度足够低、原子的运动速度足够慢时，它们将集聚到能量最低的同一量子态。此时，所有的原子就象一个原子一样，具有完全相同的物理性质。 磁光阱是一种囚禁中性原子的有效手段。它由三对两两相互垂直．具有特定偏振组态井且负失谐的对射激光束形成的三维空间驻波场和反向亥姆雹谊线圈产生的梯度磁场构成．磁场的零点与光场的中心重合，负失谐的激光对原子产生阻尼力．梯度磁场与激光的偏振相结合产生了对原子的束缚力．这样就在空间对中性原子构成了一个带阻尼作用的简谐势阱。 量子力学是描写微观物质的一个物理学理论，与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱 普朗克常数记为h ，是一个物理常数，用以描述量子大小。在量子力学中占有重要的角色，马克斯·普朗克在1900年研究物体热辐射的规律时发现，只
光子的静止质量在物理学中的重要意义 光子没有静止质量，光子转化为电子和正电子意味着静止质量从运动质量中产生，这是一个极其普遍的和根本的规律.在物体以与光的传播速度相比拟的高速运动时，粒子的质量比其静止质量增大成为重要的事情.在电子和正电子转化为光子的场合，静止质量完全转化为运动质量.这些效应已经不能称为相对论性的，而应称为超相对论性的了.──库兹涅佐夫 中国科学院理论物理学研究所研究员、相对论研究专家张元仲著的《狭义相对论实验基础》，在第152～182页中介绍世界各国科学家做的、证明光静质零定理的19个实验时说：“迄今对光子静质量所进行的各种检验都是以重电磁理论（Proca方程）为基础的．”假设洛仑兹不变性成立，放弃相角规范(U(r)规范)不变性，从而对麦克斯韦方程进行修改，再附加上与光子静质量有关的项，就得到所谓的Proca方程.在这种情况下，洛仑兹变换中的常数c已不再代表通常意义下的光速，而只是一个具有速度量纲的普适常数，光速将于频率有关、静电场将发生偏转（附加了汤川势）、电磁波的纵向分量将不为0. 历史上，德布罗意曾提出光子具有静止质量的设想，薛定谔在试图统一电磁与引力时也曾对有限光子质量感兴趣.应当指出，光子具有静止质量将导致一个严重的后果，那就是目前最成功的量子电动力学将是不可重正化的，从而将变得无效. Coulomb,s law与光子静止引力质量mγ是否为零有密切的关系.mγ是有限的非零值还是等于0，有本质的区别，并且会给物理学带来一系列原则问题. 如果mγ≠0，那么：1.电动力学的规范不变性被破坏，使电动力学的一些基本性质失去了依据；2.电荷将不守恒；3.光子的偏振态有2变为3；4.黑体辐射公式要修改；5.会出现真空色散，即不同频率的光波在真空中的传播速度不同，真空光速不变性原理遭到了质疑；重电磁理论的最直接的结论是重光子(μ≠ 0)在真空中的速度色散效应.方程(1.2-6)在真空中无电荷电流存在时的自由平面波解是Aν= exp{i(k·r –ωt)} (1.2-2.1)，其中，波矢k ( | k| ≡ 2 π / λ, λ是波长),角频率ω同质量μ之间必须满足关系k2 - ω2 / C2 = - μ2 (1.2-2.2)，这就是电磁波在真空中的色散关系.自由电磁波的相速度是μ= ω/ | k| = c (1 - μ2c2/ ω2 )–1/2 ，(1.2-2.3)，群速度定义为v k = d ω / d | k| = c (1 - μ2 c2 / ω2 )–1/2，(1.2-2.4)，光子质量μ是一个有限的常数，所以在ω→∞ 的极限情况下，自由电磁波的相速度和群速度都趋于常量c ，即lim μ (w ? ￥ )= lim n g(w ? ￥ ) = c 也就是说，Proca 方程中的常数c是频率趋于无限大的自由电磁波在真空中的传播速度. 由方程 (1.2-2.1) 和 (1.2-2.2) 可以看到，当ω = μ c时, k = 0，即电磁波不
习题6 6-1．设固有长度m 50.20=l 的汽车，以m/s 0.30=v 的速度沿直线行驶，问站在路旁的观察者按相对论计算该汽车长度缩短了多少 解：l l = 2 112 x =- +L 22112u c ≈-，214002 1 1.25102u l l l l m c -?=-=?=?。 6-2．在参考系S 中，一粒子沿直线运动，从坐标原点运动到了 m 105.18?=x 处，经历时间为s 00.1=t ?，试计算该过程对应的固有时。 解：以粒子为S ' 系，利用t '?=? 0.866t s '?==。 6-3．从加速器中以速度c v 8.0=飞出的离子在它的运动方向上又发射出光子。求这光子相对于加速器的速度。 解：设加速器为S 系，离子为S '系，利用：21x x x v u v uv c '+= '+， 则：220.80.811x x x v u c c v c uv c c c c '++= =='?+ + 。 6-4 1000m 的高空大气层中产生了一个π介子，以速度0.8v c =飞向地球,假定该π介子在其自身的静止参照系中的寿命等于其平均寿命6 2.410s -×，试分别从下面两个角度，即地面上观测者相对π介子静止系中的观测者来判断该π介子能否到达地球表面。 解：（1）地面上的观察者认为时间膨胀： 有t ?= ，∴66410t sa -?= =? 由8 6 0.8310410 9601000l v t m m -=?=????=<，∴到达不了地球； （2）π介子静止系中的观测者认为长度收缩：
有l l = 600l m == 而6 8 2.4100.8310576600s v t m m -=?=????=<，∴到达不了地球。 6-5 长度01m l =的米尺静止于'S 系中，与x ′轴的夹角'θ=30°，'S 系相对 S 系沿x 轴运动，在S 系中观测者测得米尺与x 轴夹角为=θ45°。试求： （1）'S 系和S 系的相对运动速度。（2）S 系中测得的米尺长度。 解：（1）米尺相对S '静止，它在,x y ''轴上的投影分别为： 0cos 0.866m x L L θ''==，0sin 0.5m y L L θ''==。 米尺相对S 沿x 方向运动，设速度为v ，对S 系中的观察者测得米尺在x 方 向收缩，而y 方向的长度不变，即：x L L =，y y L L '= 故 ：tan y y x x L L L L L θ''= = = 把ο 45θ=及,y L L '' 0.5 0.866 =，故 ：0.816v c = (2)在S 系中测得米尺长度为0.707m sin 45y L L ==? 。 6-6 一门宽为a ，今有一固有长度0l (0l ＞a )的水平细杆，在门外贴近门的平面内沿其长度方向匀速运动。若站在门外的观察者认为此杆的两端可同时被拉进此门，则该杆相对于门的运动速率u 至少为多少 解：门外观测者测得杆长为运动长度，l l =，当1a ≤时，可认