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8、时空的相对性与绝对性原理问题导引：牛顿的绝对时间和空间与爱因斯坦的相对时间和空间之间存在什么关系？以太观念并没有死掉，它不过是一个还未发现有什么用处的观念，只要基本问题仍未得到解决，必须记住这里还有一种可能性。
─狄拉克在时间观念上，作为现代物理学两大支柱的相对论和量子力学一直存在着抵触。
量子力学在绝对意义上使用时间的概念，而相对论认为这是不允许的。
正如狄拉克所说：“这里我们就碰到了巨大困难的开头。
……这个抵触是最近四十年来物理学的主要问题。
”【3】按照Einstein的想法，不能说相对论提供了详尽的世界图景，它只是提供了这幅图景所应当服从的某些要求，而且没有指明空间与时间的本质及区别。
因此相对论本身并不是一个理论，而是对物理学理论的一个要求，空间与时间应当是绝对性与相对性的统一。
相对空间、相对时间、相对space-time是绝对空间、绝对时间、绝对space-time的表现形式【1】。
绝对space-time由相对space-time组成，无穷个相对space-time组成绝对space-time，在研究两个物体的相互作用时，可以把第三个物体激发的相对space-time作为绝对space-time（此时绝对空间并不均匀，绝对时间流速也不均匀）。
这一点类似于地理学中的高度都是相对的，但是若以海平面为基准，则可以成为绝对高度。
地方时是相对的，但是倘若规定一个标准，则可以认为是绝对的，例如中国的北京时间。
根据这一观点可知广义相对论的正确，例如不是物质存在于空间、时间中，而是物质具有空间和时间的广延性，当一个物体消失时，它所激发的相对space-time消失，但是绝对space-time依然存在。
因此绝对时空有宇宙中所有的场——相对时空组成，真空是绝对space-time，Newton的绝对space-time观有其正确性的一面，因此Einstein认为场论未能成功地提供整个物理学的基础。
Einstein的相对space-time观与Newton 的绝对space-time观分别看到了问题的一个方面，有一定的局限性，因此应正确理解space-time 的绝对性与相对性的辩证关系。
第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性学习目标要求核心素养和关键能力1.感受牛顿力学在高速世界与事实的矛盾，知道牛顿力学只适用于低速、宏观物体的运动。
2.知道爱因斯坦狭义相对论的基本假设，知道长度相对性和时间间隔相对性的表达式。
3.关注宇宙起源和演化的研究进展。
1.核心素养(1)爱因斯坦相对论，会用相对论时空观对现实中一些物理现象加以解释。
(2)了解时间延缓效应和长度收缩效应的推理过程。
2.关键能力质疑与实验论证。
知识点一相对论时空观如图，高速运行的列车车厢，车顶上有一个反光镜，列车上一个人对着反光镜发射一束光。
思考：列车上的人和地面上的人观察到的光的往返时间是否相同？提示不同❶电磁波与光速英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在，并证明电磁波的传播速度等于光速。
1887年的迈克耳孙—莫雷实验表明：在不同的参考系中，光的传播速度都是一样的。
❷爱因斯坦假设 (1)在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的。
(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。
❸时间延缓效应如果相对于地面以v 运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体完成这个动作的时间间隔为Δt ，那么两者之间的关系是Δt ＝Δτ1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2由于物体的速度不可能达到光速，所以1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2<1，总有Δt >Δτ，此种情况称为时间延缓效应。
❹长度收缩效应如果与杆相对静止的人测得杆长是l 0，沿着杆的方向，以v 相对杆运动的人测得杆长是l ，那么两者之间的关系是l ＝l 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2 由于1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2<1，所以总有l <l 0，此种情况称为长度收缩效应。
❺相对论时空观：运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的运动状态有关。
1.时间延缓效应的理伦依据是光速不变原理。
牛顿绝对时空观和爱因斯坦相对论时空观的统一殷业上海师范大学信息与机电工程学院，上海200234yinye@摘要：时空观是物理理论的基石，也是自然科学的基石，因为存在的一切都发生在一定的时间和空间之中。
从亚里士多德、伽利略、牛顿到爱因斯坦，每一个伟大的物理学家都对时间和空间是什么做过回答，但这些答案还不是最终答案。
本文分析了历史上存在的各种时空观，从笛卡尔的“物质空间”思想出发重新审视了时间和空间的关系，通过分析说明：不同的“物质空间”中时间是不同的，从而获得了对牛顿绝对时空观和爱因斯坦相对时空观的统一认识。
关键词：虚空；物质空间；绝对时间；相对时间；相对论；牛顿力学中图分类号：O412 文献标识码：A0. 引言时空观是物理理论的基石，也是自然科学的基石，因为存在的一切都发生在一定的时间和空间之中。
从亚里士多德、伽利略、牛顿[1]到爱因斯坦[2]，每一个伟大的物理学家都对时间和空间是什么做过回答，但他们的答案还不是最终答案。
以上四位伟人对时空的答案，有一个共同点，就是时间和空间只有一种，但以笛卡尔的“物质空间”思想[3,4,14]为基础的时空观中，时间和空间可分成两种，一种是“虚空”中的时间和空间，对应“牛顿的绝对时间和空间”，另一种是“物质空间”中的时间和空间，对应“爱因斯坦的相对时间和空间”，前一种时间是空间无关的，后一种时间是空间相关的，所以在“物质空间时空观”中牛顿的绝对时空观和爱因斯坦的相对时空观可以得到了统一，下面我们对这两种不同的时间和空间的有关问题进行讨论。
1. 虚空和物质空间牛顿在“原理”[1]中阐述的绝对空间是：“绝对空间就其自身特性与一切外在事物无关，处处均匀，永不移动”。
牛顿的绝对空间有如下几层含义，（1）绝对空间是真实感知空间的抽象；我们可以设想一个玻璃围成的正方体，假设这个玻璃正方体相对绝对空间静止，将玻璃正方体中的所有物质抽去（包括引力场），并让玻璃壁变得无限薄，并最终消失，这样得到的玻璃正方体围成的空间，就是绝对空间。
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。
5．相对论时空观与牛顿力学的局限性[学习目标要求] 1.了解相对论时空观，知道时间延缓效应和长度收缩效应。
2.认识牛顿力学的成就、适用范围及局限性。
3.了解科学理论的相对性，体会科学理论是不断发展和完善的。
相对论时空观1．绝对时空观：时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的，也叫牛顿力学时空观。
2．爱因斯坦假设(1)在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的。
(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。
3．时间延缓效应：Δt ＝Δτ1－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2。
4．长度收缩效应：l ＝l 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2。
5．相对论时空观：运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的运动状态有关。
[判一判](1)在一切惯性系中不论沿任何方向，光速大小都是c 。
(√)(2)时间延缓效应是说时钟走得慢了。
(×)(3)长度的收缩效应表明物体真实长度变小。
(×)(4)汽车运动时没发现长度变化，故长度的收缩效应是错误的。
(×)牛顿力学的成就与局限性1．牛顿力学的成就：牛顿力学的基础是牛顿运动定律和万有引力定律，从地面上物体的运动到天体的运动，都服从牛顿力学的规律。
2．牛顿力学的局限性电子、质子、中子等微观粒子，它们不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的运动规律在很多情况下不能用牛顿力学来说明。
3．牛顿力学的适用范围只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界。
4．相对论物理学与牛顿力学的联系(1)当物体的运动速度远小于光速c时(c＝3×108 m/s)，相对论物理学与牛顿力学的结论没有区别。
(2)当另一个重要常数即普朗克常量h可以忽略不计时(h＝6.63×10－34 J·s)，量子力学和牛顿力学的结论没有区别。
(3)相对论与量子力学都没有否定过去的科学，而只认为过去的科学是自己在一定条件下的特殊情形。
狭义相对论⾯临的问题及解决的途径《争鸣论⽂》引⾔⼆⼗世纪初，爱因斯坦等⼈以“相对性原则”和“光速不变原则”为基础，建⽴了狭义相对论，它对近代物理学起到了巨⼤的推动作⽤，但也引起了众多的质疑和争论。
直到已经过去了⼀百多年的今天，对它的质疑和争论依然不休[1]。
因此，厘清狭义相对论所⾯临的困难及相关问题的本质，寻求解决之道对推动物理学的发展将有重要意义。
1狭义相对论内⾯临的问题1.1孪⽣⼦佯谬的理解问题⾸先对狭义相对论孪⽣⼦佯谬的产⽣做简单的回顾。
设甲⼄两个惯性参考系，假定⼄相对甲以速度u做匀速直线运动，⼄中发⽣⼀事件，时间间隔为Δt，当从甲参考系来“量度”⼄中发⽣的该事件时，依据洛仑兹坐标变换公式，事件所经历的时间间隔为T甲(β=u/c，后同)。
反之，在甲中发⽣了同样⼀个事件，所经历时间间隔也是Δt。
从参考系⼄来“量度”时，这⼀事件所经历的时间间隔T⼄。
这就产⽣了⼀个问题，即将具有相同⾛时率的两只时钟放在两个相对运动的惯性参考系中，在这两个惯性参考系中的观察者都会观察到⾃⼰的钟⾛得更快，⽽对⽅的钟⾛得慢，换⾔之就是“挛⽣⼦佯谬”，即孪⽣⼦甲、⼄，甲始终留在地球上，⼄则乘飞船作宇宙航⾏，他们都会认为对⽅⽐⾃⼰年轻，那么，当⼄返回地球时，谁更年轻？对于这⼀问题的认识具有代表性的有以下⼏种观点：第⼀种观点认为，“孪⽣佯谬”可以在狭义相对论范围内解决。
认为动钟的⾛时率并不真正变慢，⽽是坚持标准钟的⾛时率，钟慢效应是因为不同惯性参考系对钟和测量造成的。
第⼆种观点认为，“孪⽣佯谬”可以在狭义相对论范围内解决。
但与第⼀种观点不同，认为动钟的⾛时率变慢，并通过⽐较复杂的运算得出外出旅⾏的双⽣⼦⽐地球双⽣⼦年轻[2]。
第三种观点认为，“孪⽣⼦佯谬”需要求助于⼴义相对论。
但发现这类研究并没有给出精确解，⼤多是进⾏了各种简化处理，⽽且并没有真正解决问题。
如⽂献[3]：当以地球为参考系计算时，认为加速和减速阶段远短于匀速运动阶段，忽略加速和减速阶段，得出地球时(T)与⽕箭时(τ)的关系，即出外旅⾏的时钟⽐静⽌钟要落后⼀些时间。
绝对时空观与相对时空观的辩证关系作者：鞠昕彤来源：《科教导刊》2010年第32期摘要在古代,人们认为空间就是指具体地点,如山川海洋等;时间就是指具体时段,如白天夜晚等。
这种原始的时空观体现了时空与物质是紧密联系的,时空依存于物质的具体形态而存在,这是一种具体的时空观。
在近代,时空观则经历了牛顿绝对时空观和爱因斯坦相对时空观。
本文认为爱因斯坦的时空观并不是对牛顿时空观的全盘否定,而是对它的完善和发展。
牛顿表明了宏观时空的绝对性及其自身固有的内在特性,爱因斯坦则揭示了具体时空的相对性及其与物质联系的外在属性。
中图分类号:B01文献标识码:A哲学界普遍把牛顿的时空观称之为形而上学的绝对时空观,并予以批判和贬斥。
他的时空观是当时人们认识的最高成就,是人类实践经验的总结。
爱因斯坦的相对论时空观则被誉为是对牛顿时空观的否定与取代。
我认为这是不完整、不科学的,对牛顿和爱因斯坦的时空观应有新的关系分析。
牛顿绝对时空观建立在他的经典力学体系之上,体现了时空具有绝对性;爱因斯坦相对时空观建立在他的相对论理论体系之上,体现了时空具有相对性。
马克思主义认为,绝对性是无条件的,相对性是有条件的。
绝对中体现相对,相对中蕴含绝对。
绝对性与相对性应是辩证的对立统一关系。
1 牛顿绝对时空观与爱因斯坦相对时空观的对立性第一,在与物质的紧密联系方面,两种时空观是对立的。
绝对时空观认为时间和空间是两个独立的观念,彼此之间没有联系,分别具有绝对性。
牛顿认为, 绝对空间是“上帝的感官”或者是上帝自身:“上帝是无时不在和无所不在的。
正因为他无时不在和无所不在,他就成了时间和空间。
”①他把时空的绝对性“片面地、夸大地、过分地扩大为脱离了物质、脱离了自然、神化了的绝对。
”他的“理念的、真正的、数学的、消除了偏见之后的”绝对时空,只能寄托于上帝或上帝的感官,它是同经验世界根本隔绝的先验世界。
在爱因斯坦相对时空观中,爱因斯坦则抛弃了那种与物质脱离了联系的抽象时空,而把时空与物质和运动都密切联系在了一起,把时间和空间自身也密切联系起来了。
[指导]牛顿时空观和爱因斯坦时空观的比较牛顿时空观和爱因斯坦时空观的比较07电联谢杨鑫序号:3从初中到现在已经学了六年的物理了～最令我感兴趣的就是号称世界上最难懂的相对论了～因为它跟我对现实生活中现象的认识完全不同～学起来特别有劲。
在牛顿时空观里～有两个绝对的概念—时间的间隔和尺的长度。
一个人看到自己的手表走过一分钟～往往以为世界上所有的钟和表也都同样地走过一分钟～而不管是在哪一种运动状态的钟。
这就是时间间隔的绝对性。
类似地～一把直尺的长度～如果从某一个参考系测量它是一尺。
那么～从任何参考系来测量它～它仍旧是一尺。
这就是尺寸的绝对性。
时间间隔和尺长这两种绝对性～在牛顿时空观里是两个重要的角色～但在相对论中却都变成相对的了。
运动钟的变慢前面已经说过～凡是能测量时间的工具～都是一种“钟”。
利用光速不变性～我们也可以设计一种雷达钟～它包括一部雷达和一块反射扳～板与雷达天线之间的距离是d。
雷达发出的信号～受到板的反射后～可以再被雷达接收到。
一个来回的距离是2d,如果信号速度是C～那么一个来回所用掉的时间就是T=2d/c。
怎样用雷达钟来测量时间呢,如果一个过程从开始到结束～雷达信号来回走了五次～这个过程所需的时间就是5T。
如果信号走了三个来回～所需时间就是3T。
这就是说～以信号来回一次作为度量时间间隔的单位。
有甲、乙两个人～他们各自有一个雷达钟。
在甲乙两人相对静止时～校准两个钟～使它们走得同样快慢。
然后～让甲乙两人作相对运动。
甲和甲钟向左～乙和乙钟向右。
甲、乙各自会看到什么现象呢,先来谈谈甲。
站在甲的立场上～甲是静止的～甲钟相对于他也是静止的。
他看到自己的钟仍与以前一样。
没有变化。
这时～甲看到乙和乙钟正向右运动。
在乙钟的发射-反射-接受的过程中～天线和反射板都不断地在运动～信号走的是斜线。
因此～在甲看来～乙钟信号一个来回走的距离大于Zd。
可是～由于光速不变～无论甲钟或乙钟二者信号速度都是C。
所以～甲看到的现象是:当甲钟走过一个单位时间时～乙钟还没有来得及走完一个来回。
甲的结论是:乙钟比我的钟慢了。
相反～如果站在乙的立场～一切又都反过来了。
乙认为自己是静止的～而甲钟向左边。
乙钟信号一个来回走的距离是2d～而甲钟信号走的是斜线～一个来回走的距离大于2d。
因此～乙的结论是:甲钟比我的钟慢了。
甲和乙到底谁对呢,都对。
他们的结论表面上相反其实并不矛盾。
是一致的。
这个结论就是:运动的钟要变慢。
在甲看来乙在运动～在乙看来甲在运动。
所以。
他们都是看到对方的钟变慢了。
总之～在甲看来～当乙运动时～不仅乙的雷达钟～而且有关乙的一切能描述时间流逝的过程～比如生物的新陈代谢～放射性元素的衰变以及动物的寿命等等(都完全一致地变慢了。
时间的流逝不是绝对的～运动将改变时间的进程。
μ子的寿命寿命也是一种”钟”。
我们平常说一代人的时间～就是在用寿命来度量时间。
所以～寿命也不是绝对的。
同一东西的寿命～在不同参考系看来～应是不同的。
事情的确如此。
有一种粒子～叫做严子。
它是不稳定的～而且寿命很短～从产生到衰变～只有大约百万分之二秒,2x10^-6秒,。
这样～即使井子以光速运动～也只能走过2x10^-6xc?600米的里离。
可是。
宇宙线的观测证明。
在高空中产生的严子也能达到地面。
它们走的距离远远大于600米～这是为什么,利用运动钟变慢的道理～不难解开这个谜。
因为～在高速运动中～寿命一钟”象其它的钟一样～也要延缓。
因此～高速运动的μ子寿命远比2x1O^,6秒要长～它的飞行距离可以远远超过600米。
双生子佯谬人～同μ子一样～寿命也是有限的。
最多算是100年吧:如果不考虑运动钟的变慢～就是乘光速火箭～人生旅程的界限也不超过100光年～永远到不了遥远的恒星或其它星系。
但实际上～地面上的人将看到光速火箭中乘客的寿命大大延长了～从而他们的旅程可以大大超过100光年。
相反～火箭上的乘客也看到地球以高速远离火箭而去。
因之～在他看来～地球上的人寿命也长了。
当地球与火箭的距离超过100光年时～地球上的弟兄们还活着。
这里碰到一个难题。
我们设想甲、乙是一对孪生弟旯。
他们计划做一次高速飞船旅行～来检验一下狭义相对论。
甲留在发射基地～乙周游天外。
当飞船再度回到基地时～是甲比乙年轻～还是乙比甲年轻,这里有两种答案:,1,～甲看乙船上的钟变慢了～所以～甲说乙年轻些,,2,～乙看基地上的钟变慢了～所以～乙说甲应该比他更年轻一些。
在这个两难的境地。
运动钟变慢的结论～到底应当怎么办,这是个有名的疑难～叫做“双生子佯谬”。
问题的关键是乙要回到出发点。
倘使乙的飞船仅仅作匀速直线运动～是办不到这一点的。
乙的飞行路线必然是有来有去～或者是转一个圈子。
因此～在甲看来～乙是在做有速度变化的运动～当然。
在乙看来～甲相对于他也在做变速运动。
按照运动钟变慢的理论～甲看乙钟变慢～乙看甲钟变慢这种对称性～只有当甲和乙的相对运动速度不变时～才能保持。
或者说～只有互相作匀速直线运动的两个惯性参考系～互相之间才是等价的。
一旦出现了变速的相对运动～就不能使用这种对称性了。
不要忘记～甲和乙都生活在宇宙间。
他们周围还有大量天体。
因此～双生子问题中有三个因素:甲、乙和他们周围的宇宙～如果甲留在基地上～他相对于大量天体并没有做变速运动。
在甲看来～只有乙在做变速运动。
在乙看来～情况与甲不同。
他不但看到甲在做变速运动而且整个宇宙都在做变速运动。
一边是整个周围的宇宙～一边只是一个飞船～这是明显的不对称性。
所以由对称性引起的两难是不存在的。
那么～到底谁年轻呢,1966年～真的做了一次双生子旅游实验～用来判断到底那个寿命长～同时也一劳永逸地结束了纯理论的争论。
不过旅游的不是人～仍然是μ子。
旅途也不在天外～而是一个直径大约为十四米的圆环。
μ子从一点出发沿着圆轨道运动再回到出发点～这同乙的旅行方式是一样的。
实验的结果是～旅行后的μ子的确比未经旅行的同类年轻了。
我们似乎可以这样作结论了:谁相对于整个宇宙做更多的变速运动～谁就会活得更长久。
动尺的缩短现在转到尺长的相对性上。
1893年～为了解释麦克尔逊一莫雷实验～斐兹杰诺和洛仑兹先后都提出过一种假说～即一切物体都要在它的运动方向上收缩。
后来就称为洛仑兹-斐兹杰诺收缩。
按照斐兹杰诺所给出的定量关系～以每秒11公里速度飞行的火箭～在运动方向只收缩十亿分之二左右。
但是～在高速运动时～尺的收缩量很可观。
图5,5表示一把1米长的尺在运动过程中长度的变化。
当速度达到光速的一半时～收缩百分之十五。
当速度达到每秒26万公里时～收缩百分之五十～也就是说原来1米长的尺～现在只有五十厘米了。
在狭义相对论中～尺长也是相对的,决定于参考系,。
尺长的变化方式和当初洛仑兹-斐兹杰诺所假定的完全一样。
这里要多加一点说明的是～如何测量长度,一把尺子如果相对于某个参考系是静止的～那么～从尺两端空间坐标的差～就可得到尺的长度。
当尺相对于参考系运动时～我们可以按如下办法测量尺长。
在给定时刻由两个人同时进行拍照～一个拍摄运动尺的前端～一个拍摄后端。
由于照片是同时拍摄的～所以比较两张照片上空间坐标的差～就可以得到运动尺的长度。
注意～这里关键的字是“同时进行拍照”。
我们知道～在相对论时空观中～“同时”是相对的～是与参考系的选择有关的。
因此～对不同参考系来说～要按照各自的“同时”进行拍照～由此导致测量结果不同～是不难想到的。
尺缩也和钟慢一样～是对称的。
即～如果甲、乙之间有相对运动～那么～甲看乙的尺缩短了～乙看甲的尺缩短了。
这个结论表示空间的大小并不是绝对的～而是相对的。
洛仑兹变换上面的一系列讨论涉及到相对论的许多方面～但是它们有一个共同的问题～即我们总是需要从两个不同的参考系来考虑同一事件的地点和时间。
不论是对于同时性的问题。
还是尺缩、钟慢问题～我们都是既要弄清一个事件相对于参考系K的时间和地点～又要知道它相对于另一个参考系K’中的时间和地点～而K和K’之间有相对的匀速运动。
因此～这些问题的实质就在于我们需要找到各个事件相对于参考系K的时间和空间坐标～与相对于另一个参考系K’的时间和空间坐标之间的关系。
倘若一个事件相对于参考系K的空间位置是x,y,z,时间坐标是t。
则同一个事件相对于另一个参考系K’的空间坐标x’,y’,z’和时间坐标t’应是多少,为了简单起见～我们假定K’与K仅仅在沿着x轴的方向有相对运动～运动速度为v 。
根据光速不变原理和相对性原理～就可以得到,x,y,z,与,x’,y’,z’,这两组坐标之间的变换关系～它是这就是著名的洛仑兹变换。
洛仑兹变换公式是狭义相对论运动学的核心。
利用它可以自然地导出前面讨论过的各种相对论效应的定量关系。
例如～一把静止时长度为L0的尺子～当它相对于观察者以速度v运动时～其长度就成为L= L0〃sqrt(1-v^2/c^2)。
同样～当一个以速度v相对于观测者运动的钟经过了Δt’时～静止的钟所指示的时间为Δt=Δt’/sqrt(1-v^2/c^2)。
图5,3和图5-4就是根据这些公式绘制出来的。
对于洛仑兹变换～我们再说几句。
在通常的条件下～物体的运动速度总是远小于光速的。
因此～如果我们把光速C看成一个无穷大～则上述公式就变成这组关系通常称作伽利略变换。
它是牛顿力学时空观的基础利用伽利略变换立即可以推出时间间隔和物体长度的绝对性～而t’=t就意味着同时性是绝对的。
伽利略变换公式只是洛仑兹变换公式的一个近似。
洛仑兹变换公式适用于更为广泛的范围。
这也就是说～比起牛顿力学来～狭义相对论是对于自然界的更加正确的描述。
