附錄 一、 洛倫茲變換的簡單推導
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[補充第11節]
按照圖2所示兩坐标系的相對取向,該兩坐标系的x軸永遠是重合的。
在這個情況下我們可以把問題分為幾部分,首先隻考慮x軸發生的事件。
任何一個這樣的事件,對于坐标系K是由橫坐标x和時間t來表示,對于坐标系K&rsquo則由橫坐x&rsquo和時間t&rsquo來表示。
當給定x和t時,我們要求出x&rsquo和t&rsquo。
沿着正x軸前進的一個光信号按照方程: 或x=ct。
x-ct=0 傳播。
由于同一光信号必須以速度c相對于K&rsquo傳播,因此相對于坐标系K&rsquo的傳播将由類似的公式: x&rsquo-ct&rsquo=0 表示。
滿足的那些空時點(事件)必須也滿足(2),顯然這一點是成立的,隻要關系: (x&rsquo-ct&rsquo)=&lambda(x-ct)(3) 一般滿足,其中&lambda表示一個常數;因為,按照(3),(x-ct)等于零時(x&rsquo-ct&rsquo)就必然也等于零。
如果我們對向着負x軸傳播的光線應用完全相同的考慮,我們就得到條件: (x&rsquo-ct&rsquo)=&mu(x-ct)(4) 方程(3)和(4)相加(或相減),并為方便起見引入常數a和b代換常數&lambda和&mu,令: a=(&mu+&lambda)/2; 以及b=(&mu-&lambda)/2; 我們得到方程: x&rsquo=ax-bct; ct&rsquo=act-bx(5) 因此若常數a和b為已知,我們就得到我們的問題的解。
a和b可由下述讨論确定。
以于K&rsquo的原點我們永遠有x&rsquo=0,因此按照(5)的第一個方程: x=bc/a×t。
如果我們将K&rsquo的原點相對于K的運動的速度稱為v,我們就有: v=bc/a_(6) 同一量值v可以從議程(5)得出,隻要我們計算K&rsquo的另一點相對于K的速度,或者計算K的一點相對于K&rsquo的速度(指向負x軸)。
總之,我們可以指定v為兩坐标系的相對速度。
還有,相對性原理告訴我們,由K判斷的相對于K&rsquo保持靜止的單位量杆的長度,必須恰好等于由K&rsquo判斷的相對于K保持靜止的單位量杆的長度。
為了看一看由K觀察x&rsquo軸上的諸點是什麼樣子,我們隻需要從K對K&rsquo拍個&ldquo快照”這意味着我們必須引入t(K的時間)的一個特别的值,例如t=0,對于這個t的值,我們從(5)的第一個方程就得到: x&rsquo=ax。
因此,如果在K&rsquo坐标系中測量,x&rsquo軸上兩點相隔的距離為1=x,該兩點在我們的瞬時
在這個情況下我們可以把問題分為幾部分,首先隻考慮x軸發生的事件。
任何一個這樣的事件,對于坐标系K是由橫坐标x和時間t來表示,對于坐标系K&rsquo則由橫坐x&rsquo和時間t&rsquo來表示。
當給定x和t時,我們要求出x&rsquo和t&rsquo。
沿着正x軸前進的一個光信号按照方程: 或x=ct。
x-ct=0 傳播。
由于同一光信号必須以速度c相對于K&rsquo傳播,因此相對于坐标系K&rsquo的傳播将由類似的公式: x&rsquo-ct&rsquo=0 表示。
滿足的那些空時點(事件)必須也滿足(2),顯然這一點是成立的,隻要關系: (x&rsquo-ct&rsquo)=&lambda(x-ct)(3) 一般滿足,其中&lambda表示一個常數;因為,按照(3),(x-ct)等于零時(x&rsquo-ct&rsquo)就必然也等于零。
如果我們對向着負x軸傳播的光線應用完全相同的考慮,我們就得到條件: (x&rsquo-ct&rsquo)=&mu(x-ct)(4) 方程(3)和(4)相加(或相減),并為方便起見引入常數a和b代換常數&lambda和&mu,令: a=(&mu+&lambda)/2; 以及b=(&mu-&lambda)/2; 我們得到方程: x&rsquo=ax-bct; ct&rsquo=act-bx(5) 因此若常數a和b為已知,我們就得到我們的問題的解。
a和b可由下述讨論确定。
以于K&rsquo的原點我們永遠有x&rsquo=0,因此按照(5)的第一個方程: x=bc/a×t。
如果我們将K&rsquo的原點相對于K的運動的速度稱為v,我們就有: v=bc/a_(6) 同一量值v可以從議程(5)得出,隻要我們計算K&rsquo的另一點相對于K的速度,或者計算K的一點相對于K&rsquo的速度(指向負x軸)。
總之,我們可以指定v為兩坐标系的相對速度。
還有,相對性原理告訴我們,由K判斷的相對于K&rsquo保持靜止的單位量杆的長度,必須恰好等于由K&rsquo判斷的相對于K保持靜止的單位量杆的長度。
為了看一看由K觀察x&rsquo軸上的諸點是什麼樣子,我們隻需要從K對K&rsquo拍個&ldquo快照”這意味着我們必須引入t(K的時間)的一個特别的值,例如t=0,對于這個t的值,我們從(5)的第一個方程就得到: x&rsquo=ax。
因此,如果在K&rsquo坐标系中測量,x&rsquo軸上兩點相隔的距離為1=x,該兩點在我們的瞬時