狭义与广义相对论浅说.doc

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1、狭义与广义相对论浅说　　爱因斯坦著　　.　　第一部分狭义相对论　　1.几何命题的物理意义4　　2.坐标系5　　3.经典力学中的空间和时间7　　4.伽利略坐标系8　　5.相对性原理（狭义）8　　6.经典力学中所用的速度相加定理10　　7.光的传播定律与相对性原理的表面抵触10　　8.物理学的时间观12　　9.同时性的相对性14　　10.距离概念的相对性15　　11.洛伦兹变换16　　12.量杆和钟在运动时的行为19　　13.速度相加定理斐索实验20　　14.相对论的启发作用22　　15.狭义相对论的普遍性结果22　　16.经验和狭义相对论25　　1

2、7.闵可夫斯基四维空间27　　第二部分广义相对论29　　18.狭义和广义相对性原理29　　19.引力场31　　20.惯性质量和引力质量相等是广义相对性公设的一个论据32　　21.经典力学的基础和狭义相对论的基础在哪些方面不能令人满意34　　22.广义相对性原理的几个推论35　　23.在转动的参考物体上的钟和量杆的行为37　　25.高斯坐标41　　26.狭义相对论的空时连续区可以当作欧几里得连续区43　　27.广义相对论的空时连续区不是欧几里得连续区44　　28.广义相对性原理的严格表述45　　29.在广义相对性原理的基础上解引力问题47　　第三部

3、分关于整个宇宙的一些考虑49　　30.牛顿理论在宇宙论方面的困难49　　31.一个“有限”而又“无界”的宇宙的可能性50　　32.以广义相对论为依据的空间结构53　　附录54　　一、洛伦兹变换的简单推导54　　二、闵可夫斯基四维空间（“世界”）57　　三、广义相对论的实验证实58　　（1）水星近日点的运动59　　（2）光线在引力场中的偏转60　　（3）光谱线的红向移动62　　四、以广义相对论为依为依据的空间结构64　　五、相对论与空间问题65　　（1）场70　　（2）广义相对论的空间概念73　　（3）广义的引力论76　　第一部分狭义相对论　　1.

4、几何命题的物理意义　　阅读本书的读者，大多数在做学生的时候就熟悉欧几里得几何学的宏伟大厦。你们或许会以一种敬多于爱的心情记起这座伟大的建筑。在这座建筑的高高的楼梯上，你们曾被认真的教师追迫了不知多少时间。凭着你们过去的经验，谁要是说这门科学中的那怕是最冷僻的命题是不真实的，你们都一定会嗤之以鼻。但是，如果有人这样问你们，“你们说这些命题是真实的，你们究竟是如何理解的呢？”那么你们这种认为理所当然的骄傲态度或许就会马上消失。让我们来考虑一下这个问题。　　几何学是从某些象“平面”、“点”和“直线”之类的概念出发的，我们可以有大体上是确定的观念和这些要

5、领相联系；同时，几何学还从一些简单的命题（公理）出发，由于这些观念，我们倾向于把这些简单的命题当作“真理”接受下来。然后，根据我们自己感到不得不认为是正当的一种逻辑推理过程，阐明其余的命题是这些公理的推论，也就是说这些命题已得到证明。于是，只要一个命题是以公认的方法从公理中推导出来的，这个命题就是正确的（就是“真实的”）。这样，各个几何命题是否“真实”的问题就归结为公理是否“真实”的问题。可是人们早就知道，上述最后一个问题不仅是用几何学的方法无法解答的，而且这个问题本身就是完全没有意义的。我们不能问“过两点只有一直线”是否真实。我们只能说，欧几里

6、得几何学研究的是称之为“直线”的东西，它说明每一直线具有由该直线上的两点来唯一地确定的性质。“真实”这一概念有由该直线上的两点来唯一地确定的性质。“真实”这一概念与纯几何这的论点是不相符的，因为“真实”一词我们在习惯上总是指与一个“实在的”客体相当的意思；然而几何学并不涉及其中所包含的观念与经验客体之间的关系，而只是涉及这些观念本身之间的逻辑联系。　　不难理解，为什么尽管如些我们还是感到不得不将这些几何命题称为“真理”。几何观念大体上对应于自然界中具有正确形状的客体，而这些客体无疑是产生这些观念的唯一渊源。几何学应避免遵循这一途径，以便能够使其结

7、构获得　　最大限度的逻辑一致性。例如，通过位于一个在实践上可视为刚性的物体上的两个有记号的位置来查看“距离”的办法，在我们的思想习惯中是根深蒂固的。如果我们适当地选择我们的观察位置，用一只眼睛观察而能使三个点的视位置相互重合，我们也习惯于认为这三个点位于一条直线上。　　如果，按照我们的思想习惯，我们现在在欧几里得几何学的命题中补充一个这样的命题，即在一个在实践上可视为刚性的物体上的两个点永远对应于同一距离（直线间隔），而与我们可能使该物体的位置发生的任何变化无关，那么，欧几里得几何学的命题就归结为关于各个在实践上可以视为刚性的物体的所有相对位置的

8、命题。作了这样补充的几何学可以看作物理学的一个分支。现在我们就能够合法地提出经过这样解释的几何命题是否“真理”的问题；因为我们有理由问，