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狭义相对论两个基本原理第一个基本原理是相对性原理。
相对性原理包含两部分：相对性原理的运动学形式和相对性原理的动力学形式。
相对性原理的运动学形式指出，物理定律在所有等速运动的参考系中都成立，而不论这些参考系之间的相对运动如何。
也就是说，在相对于以一些速度作匀速直线运动的参考系而言，物理现象的规律也同样适用于以其他任意速度作匀速直线运动的参考系中。
这个原理的实质是：物体的运动状态有多种可能，而它们都以相对其他物体的速度来描述。
相对性原理的动力学形式表明，在不受力的惯性系中，物体的运动状态是匀速直线运动或静止。
这意味着，不受力的物体会保持它们的运动状态不变。
从更广义的角度来看，这个原理还暗示了所有非重力的力都必须等效于参考系的运动。
第二个基本原理是光速不变原理。
光速不变原理指出，光在真空中的传播速度对于所有的惯性观察者来说都是相同的，无论观察者的速度如何。
换句话说，不论观察者是静止的还是以任何速度相对于光源运动，他们都会测得光速相同。
这与我们通常对速度相加的直觉不同，但实验证据已经证明了这一点。
这两个基本原理构成了狭义相对论的基础，对于我们理解时空的结构有重要的意义。
首先，相对性原理的运动学形式告诉我们，物体的运动状态是相对性的，即与观察者的运动状态有关。
这进一步推动了我们对时空结构的重新认识，引出了后来对时空几何的研究。
其次，相对性原理的动力学形式告诉我们，仅仅通过观察物体的运动状态，我们无法区分出它们所处的参考系。
这导致了狭义相对论中的质能关系，即质量和能量之间的等效性。
质能关系的著名公式E=mc²描述了质量和能量之间的转换关系，它在核物理和粒子物理研究中具有重要的应用。
综上所述，狭义相对论建立在两个基本原理之上：相对性原理和光速不变原理。
这两个原理引导了我们对物体运动方式和时空结构的新认识，对当代物理学的发展产生了深远的影响。
1. 洛伦兹变换2. 尺缩钟慢效应一、狭义相对论基础狭义相对论的理论框架是爱因斯坦在1905年在《论动体的电动力学》一文建立的。
之后随着后人的不断补充和发展，狭义相对论被许多实验精确验证，并已成为现代物理学的基石。
爱因斯坦最初的想法是朴素而深刻的。
电磁学又麦克斯韦的方程组所精确刻画，从这些方程组里面能求解出电磁波传播的速度是光速，与参照系没有关系。
然而根据牛顿的经典时空观，任何一个物体的速度都会在参照系变化下发生变化，可见电磁学与经典时空观有矛盾。
另一方面，正如伽利略和马赫所论述的那样，所有惯性参照系内观测到的物理规律是相同的，这和牛顿的经典时空观中存在一个特殊的绝对参照系是矛盾的。
爱因斯坦敏锐地发现了其矛盾根源所在。
他提出两条基本原理：真空中光速在任意参照系中都是不变的；所有惯性参照系都是平权的。
放弃了牛顿的经典时空观之后，爱因斯坦由这两条基本原理出发，推导出了参照系变换下，时间和空间的变换关系，这样的变换关系叫做洛伦兹变换。
我们先观察经典的参照系变换。
一个参照系是S ，另一个参照系'S 相对于S 沿着x 轴以速度v 运动。
在S 系中一个事件在t 时刻，(,,)x y z 位置发生。
同一个事件在'S 参照系中在't 时刻，(',',')x y z 位置发生。
按照牛顿的时空观，显然有：''''t t x x vt y y z z=⎧⎪=-⎪⎨=⎪⎪=⎩ 以上的变换叫做伽利略变换在狭义相对论的框架下我们可以经过一系列演算得到，狭义相对论基本原理的变换只能是： 22222'1/'1/''t v c x v c y y z z⎧=⎪-⎪⎪⎪=⎨-⎪⎪=⎪=⎪⎩或者写为更紧凑的形式：'()'()''ct ct x x x t y y z z γβγβ=-⎧⎪=-⎪⎨=⎪⎪=⎩其中22;1/v c v c γβ==- 这个变换关系被叫做洛伦兹变换。
狭义相对论的两个原理和两个条件狭义相对论的两条基本原理是什么?狭义相对论的两条基本原理是狭义相对性原理和光速不变原理。
1、狭义相对性原理一切物理定律（除引力外的力学定律、电磁学定律以及其他相互作用的动力学定律）在所有惯性系中均有效；或者说，一切物理定律（除引力外）的方程式在洛伦兹变换下保持形式不变。
不同时间进行的实验给出了同样的物理定律，这正是相对性原理的实验基础。
2、光速不变原理光在真空中总是以确定的速度c传播，速度的大小同光源的运动状态无关。
在真空中的各个方向上，光信号传播速度（即单向光速）的大小均相同（即光速各向同性）。
光速同光源的运动状态和观察者所处的惯性系无关。
这个原理同经典力学不相容。
有了这个原理，才能够准确地定义不同地点的同时性。
爱因斯坦狭义相对论的两个基本原理爱因斯坦狭义相对论是一种物理学理论，用于解释物质和能量如何在宇宙中运动。
它是爱因斯坦在20 世纪初期提出的，并成为现代物理学的基础之一。
狭义相对论的两个基本原理是：基本不变性原理：所有的观察者，无论他们的相对运动如何，都应该观察到光的速度是相同的。
这意味着，对于不同的观察者来说，光的速度是不受他们的速度的影响的。
引力与加速度的等价原理：所有的质体都应该受到相同的引力作用。
这意味着，无论质体处在什么加速度环境中，它们都应该表现出相同的运动规律。
例如，在地球表面上落下的两个质体，不论它们的质量和形状如何，都应该以相同的加速度掉落。
这两个原理都是爱因斯坦狭义相对论的核心部分，并且在现代物理学中被广泛使用。
它们提供了一种更加精确的方法来解释宇宙中的自然现象，并为我们对宇宙的理解提供了基础。
一、狭义相对论的两个基本假设1、狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。
2、光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。
二、广义相对论：1、广义相对性原理和等效原理①广义相对性原理：在任何参考性中，物理规律都是相同的；②等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。
第二讲 相对论初步知识
相对论是本世纪物理学的最伟大的成就之一，它标志着物理学的重大发展，使一些物理学的基本概念发生了深刻的变革。
狭义相对论提出了新的时空观，建立了高速运动物体的力学规律，揭露了质量和能量的内在联系，构成了近代物理学的两大支柱之一。
§2. 1 狭义相对论基本原理
2、1、1、伽利略相对性原理
1632年，伽利略发表了《关于两种世界体系的对话》一书，作出了如下概述：
相对任何惯性系，力学规律都具有相同的形式，换言之，在描述力学的规律上，一切惯性系都是等价的。
这一原理称为伽利略相对性原理，或经典力学的相对性系原理。
其中“惯性系”是指凡是牛顿运动定律成立的参照系。
2、1、2、狭义相对论的基本原理
19世纪中叶，麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁理论，又称麦克斯韦电磁场方程组。
麦克斯韦电磁理论不但能够解释当时已知的电磁现象，而且预言了电磁波的存在，确认光是波长较短的电磁波，电磁波在真空中的传播
速度为一常数，秒米/100.38
⨯=c ，并很快为实验所证实。
从麦氏方程组中解出的光在真空中的传播速度与光源的速度无关。
如果光波也和声波一样，是靠一种媒质（以太）传播的，那么光速相对于绝对静止的以太就应该是不变的。
科学家们为了寻找以太做了大量的实验，其中以美国物理学家迈克耳孙和莫雷实验最为著名。
这个实验不但没能证明以太的存在，相反却宣判了以太的死刑，证明光速相对于地球是各向同性的。
但是这却与经典的运动学理论相矛盾。
爱因斯坦分析了物理学的发展，特别是电磁理论，摆脱了绝对时空观的束缚，科学地提出了两条假设，作为狭义相对论的两条基本原理：
1、狭义相对论的相对性原理
在所有的惯性系中，物理定律都具有相同的表达形式。
这条原理是力学相对性原理的推广，它不仅适用于力学定律，乃至适合电磁学，光学等所有物理定律。
狭义相对论的相对性原理表明物理学定律与惯性参照系的选择
无关，或者说一切惯性系都是等价的，人们不论在哪个惯性系中做实验，都不能确定该惯性系是静止的，还是在作匀速直线运动。
2、光速不变原理
在所有的惯性系中，测得真空中的光速都等于c ，与光源的运动无关。
迈克耳孙—莫雷实验是光速不变原理的有力的实验证明。
事件 任何一个现象称为一个事件。
物质运动可以看做一连串事件的发展过程，事件可以有各种具体内容，如开始讲演、火车到站、粒子衰变等，但它总是在一定的地点于一定时刻发生，因此我们用四个坐标（x ，y ，z ，t ）代表一个事件。
间隔 设两事件（1111,,,t z y x ）与（2222,,,t z y x ），我们定义这两事件的间隔为
()()()()2
122
122
122
1222z z y y x x t t c s -------=
间隔不变性 设两事件在某一参考系中的时空坐标为（1111,,,t z y x ）与（2222,,,t z y x ），其间隔为
()()()()2
122
122
122
1222z z y y x x t t c s -------=
在另一参考系中观察这两事件的时空坐标为（'1'1'1'1,,t z y x ，）与（'
2'2'2'2,,t z y x ，），其间隔为
()(
)(
)(
)
2
'1'
22'1'22'1'22'1'22'2z z y y x x t t c s -------=
由光速不变性可得
'22s s =
这种关系称为间隔不变性。
它表示两事件的间隔不因参考系变换而改变。
它是相对论时空观的一个基本关系。
2、1、
3、相对论的实验基础
斐索实验 上世纪人们用“以太”理论来解释电磁现象，认为电磁场是一种充满整个空间的特殊介质——“以太”的运动状态。
麦克斯韦方程在相对以太静止的参考系中才精确成立，于是人们提出地球或其他运动物体是否带着以太运动？斐索实验（1851年）就是测定运动媒质的光速实验。
其实验装置如图2—1所示；光由光源L 射出后，经半透镜P 分为两束，一束透过P 到镜1M ，然后反射到2M ，再经镜3M 到
P ，其中一部分透过P 到目镜T 。
另一束由P 反射后，经镜3M 、2M 和1M 再回到P 时，一部分被反射，亦到目镜T 。
光线传播途中置有水管，整个装置是固定于地球上的，当管中水不流动时，两光束经历的时间相等，因而到达目镜中无位相差。
当水管中的水流动时，两束光中一束顺水流传播，一束逆水流传播。
设水管的长度皆为l ，
水的流速为v ，折射率为n ，光在水中的速度为n c。
设水完全带动以太，则光顺水的传播速度为v n c +，逆水为v
n c -；若水完全不带动以太，光对装置的速度顺逆水均为n c ；若部分被带动，令带动系数（曳引系数）为k ，则顺水为kv n c +，逆水为kv
n c
-，
k 多少由实验测定，这时两束光到达目镜T 的时差为
2
422⎪⎭⎫ ⎝⎛≈
+-
-=
∆n c lkv kv n
c
l kv n
c
l t
斐索测量干涉现象的变化，测得
n k 1
1-
=，所以光在介质参考系中的传播速度为
θcos 11v n n c u ⎪⎭⎫
⎝⎛-+=
式中θ是光线传播方向与介质运动方向间的夹角。
现在我们知道，匀速运动介质中的光速可由相对论的速度
合成公式求得，设介质（水）相对实验室沿X 轴方向以速度v 运动，选'
s 系固定在介
质上，在'
s 上观察，介质中的光速各方向都是n c ，所以光相对实验室的速度u 为
图2-1-1
cn v v
n
c c v n c v n c u +
+=⋅++=112
⎪⎭⎫ ⎝⎛
-⎪⎭⎫ ⎝⎛+≈cn v v n c 1 2n v v n c -+≈
⎪⎭⎫ ⎝⎛
-+=
211n v n c 。
由此可知，由相对论的观点，根本不需要“以太”的假说，更谈不到曳引系数了。
迈克尔孙—莫来实验
迈克尔孙—莫来于1887年利用灵敏的干涉仪，企图用光学方法测定地球的绝对运动。
实验时先使干涉仪的一臂与地球的运动方向平行，另一臂与地球的运动方向垂直。
按照经典的理论，在运动的系统中，光速应该各向不等，因而可看到干涉条纹。
再使整个仪器转过900
，就应该发现条纹的移
到，由条纹移动的总数，就可算出地球运动的速度v 。
迈克尔孙—莫来实验的装置如图2-1-2所示，使一束由光源S 射来的
平行光，到达对光线倾斜450
角的半镀银镜面M 上，被分成两束互相垂直的相干光。
其中透射部分沿2MM 方向前进，被镜2M 反射回来，到M 上，再部分地反射后沿MT 进行；反射部分沿1MM 方行进行，被镜反射回来后再到达M 上，光线部分透过，也沿MT 进行。
这两束光在MT 方向上互相干涉。
而在T 处观察或摄影，由于2MM 臂沿着地球运动方向，臂1MM 垂直于地球运动方向，若2MM = 1MM =l ，地球的运动速度为v ，则两束光回到M 点的时间差为
2
⎪
⎭⎫
⎝⎛=∆c v c l t
图2-1-2
当仪器绕竖直轴旋转900角，使1MM 变为沿地球运动方向，2MM 垂直于地球运动方向，则两束光到达M 的时差为
2
'
⎪
⎭⎫
⎝⎛-=∆c v c l t
我们知道，当时间差的改变量是光波的一个周期1T 时，就引起一条干涉条纹的移动，所以，当仪器转动900
后，在望远镜T 处看到的干涉条纹移动的总数为
2
2
1'2c v l T t t N ⋅=∆-∆=∆λ，
式中λ是波长，当l=11米，秒米秒，米/103/1038
4
⨯=⨯=c v ，所用光波的波长
米时，7109.5-⨯=λ则△N ≈0.4，这相当于在仪器旋转前为明条纹，旋转以后几乎变
为暗条纹。
但是他们在实验中测得△N ≈1001
，而且无论是在白天、夜晚以及一年中
的所有季节进行实验，始终得到否定的结果，就是说光学的方法亦测不出所在参考系（地球）的运动状态。
