谁懂相对论？洛仑兹因子的物理意义_速度_相对论_物体

本文目录

• 谁懂相对论
• 洛仑兹因子的物理意义
• 洛伦兹变换推导过程，越详细越好
• 洛伦兹变换的初等数学推导
• 相对论的主要内容有哪些有何重大意义
• 爱因斯坦相对论的详细内容

谁懂相对论

相对论是一种哲学观点，认为一切事件都是相对的。比如没有高就没有矮，没有大就无所谓小，没有长就无所谓短，没有正就无所谓反。一张纸无论多薄也必然有两面，把正面去掉的同时就去掉了背面。

相对论物理学（现在通常被简称相对论）就是把相对论的哲学思想与物理学相结合，是相对性原理在物理学中具体的应用。

想懂相对论物理学必须站在相对论的哲学观点上，现在很多人感觉相对论难懂，原因就是无法坚定明确的站一相对论角度看问题。

比如常常有人说“一个物体以接近光速运动时，时间变慢了……”，要是站在相对性原理的角度，一个物体怎么可能会有速度呢？更谈不上以接近光的速度运动了。

可以想象一下：假如宇宙中只有一个天体（假设就是地球），没有任何其他的天体了，那么能说地球的速度是多少吗？保证测量的结果地球是静止的。

说到速度至少有两个物体。因为速度是表达两个物体之间距离变化快慢的物理量，一个物体哪来的速度呢？

速度是两个物体之间的关系，没有第二个物体就没有速度之说。同时速度是两个物体之间的关系，与第三个物体无关。

比如A相对B以速度v运动，与C无关。有没有C都不影响A与B之间的相对速度。同时，B与C的相对速度也与A无关，无论A相对B以什么速度运动，或者有没有A，都不影响B与C之间的速度关系。

所以速度是住  确定的两个物体之间的相对关系。与其他方无关。任何一个物体单独在宇宙中存在，没有其他物体存在时，都一样是“静止”的，没有速度问题。

所以任何一个物体相对光的速度也一样与其他物体存在与否无关，那只是那个物体与光之间的关系。与其他物体存在与否无关，更不在乎其他物体在做什么运动。

所以，“一个物体以接近光速运动时，时间变慢了……”这句话本身就没站在相对论的角度。

如果是这样，那么相对一个走路的人来说，地球的速度是1.3米/秒，相对一个跑着的汽车地球的速度是13米/秒，相对一架飞机地球的速度是130米/秒，相对一颗炮弹地球的速度是1300米/秒，相对一个卫星，地球的速度是13000米/秒，相对一颗流星地球的速度是130000米/秒……，那地球咋办？按谁的速度变呢？

上面的图中，A是一个相对O以速度v运动的惯性系，B是A上的一点。

在运动到A与O重合时，一光子从A射向B。

在A看，光子的路程是ct’ ，在O看光子的路程是ct ，同时在t 时间内A移动了vt 的距离。

三者的关系是：(ct’)²＋(vt)²＝(ct)²，解出 t’ 来就是：t’＝t×√(1－v²/c²)，其中的√(1－v²/c²) 叫做洛伦兹因子（或相对论因子）。

从公式看好像是速度v越快，t’ 就越小，但是从图上看，v 的大小改变的只是ct 的长度，与ct’ 无关。相对的说应该是观察者看到的时间变快了，所以A上的时间t’ 比O看到的时间t 慢。并不是t’ 变慢了。

换个说法就是，A看到的ct’ 与有没有O存在无关，更与O相对A的速度是多少无关。A相对光子的速度只是A与光子的关系。与第三者无关。

反过来，O观察的是A的时间，由于相对速度的原因，观测发生了误差，洛伦兹因子正好修正了观测误差。只是计算出了A上的真实时间，而不是表示A的时间变慢了。当然相对O的观测来说，说A的时间变慢了也无所谓，但是要明确里面的真实意义。

只要站在相对性的角度去思考物理问题，那就是相对论物理学。其实就这么简单。

比如F＝ma，这是学过物理的人都能倒背如流的公式。a＝F/m，这是什么？左边还是加速度，右边呢？单位质量所受的引力，那就是引力场强度。这个公式表示了加速度是引力场强度的值。

有人说F＝ma在相对论中不成立了，那纯粹是不懂相对论。相对论不是推翻了经典物理学，而是将经典物理学的应用领域推广到广域的宇宙空间。

时间为什么会变慢？

从F＝ma就能得到答案：a＝F/m ， v/t＝F/m，t＝v/a（a是加速度或引力场强度的值）这里的v是什么？单独一个物体没有速度，只有一个相对光的速度，那就是c。所以时间公式就是 t＝c/a。宇航员升空时的强大加速度，当然会让他们的表比地面上的慢。时间变慢与洛伦兹变换无关，时间与引力场强度成反比，引力场强度越大，时间越慢。洛伦兹变换只是表达了相对速度很高的时候测量值与实际值的误差变大。

还有质能公式，F＝ma，两边同乘距离S就是功，功是能量转化数，将m转化成能量就是把m完全消耗完所作的功。FS＝maS＝mv²，同样的，单独一个物体没有速度，m相对于能量的速度就是光速c。所以质能公式就应该是E＝mc²。

当然，仅从物理意义上讲相对论是非常简单的，但是科学不仅仅需要推理，还需要严格的数学证明和实验检验。上面说的都是根据相对性原理得到的简单的“预言”之所以叫作预言就是因为这只是根据相对性原理揄出来的结果，严格的数学证明比较复杂，并且在这里打出那些复杂的数学证明公式太难了，所以不再讨论。不过上面的预言现在已经得到了证实。

为了进一步的了解相对论，我们再说一点关于光速是极限速度的问题。

要知道光速为什么是极限速度，我们先熟悉两个词“时空”、“场速”。

时空：

即四维空间，任何一个点的存在必须有四个坐标（x，y，z，t)来达。爱因斯坦说时间是第四个轴，我认为时间应该是第一个轴。不过这无所谓。任何事件必须有时间、长度、宽度、高度，缺少任何一个轴，就不存在。

时间为0 就意味着从未发生过。就像一个物体高度为0 就不存在。

场速：

假设空间突然出现一个电荷（虽然不会无缘无故的出现，但可以这样想象）。

离电荷有一定距离的某一观测点，必然要经过一定的时间才能发现有一个电荷出现。当那个电荷又突然消失了，那观测点也要经过一定时间才会感觉到。也就是说，那个出现电荷的地方发生和事件需要经过一定的时间才能传达到观测点。这个传递速度就是场速。出就是说，场像流动的水一样把一点的信息带到另一点。电场（引力场的速度已经证明与电场的速度相同）以一定速度向外扩散，这个速度就是场速。

有了场速的概念了就容易理解速度的极限了。假如有一个人推车，车的速度最快能达到多快呢？不用想就知道最快只能达到人跑的速度，车要是比人还快，那人就推不着车了，只要当车的速度达到人跑的速度，人对车就无法再用力了。车没有了动力怎么会有加速度？怎么可能会比人跑的速度快？

宏观的力主要由引力和电场力构成。我们推一个物体，是在与物体接触的位置靠分子间的电场力来把力传递到整个物体的。如果当物体的速度达到光速，那么电场就不可能再对每个分子起作用了。追不上了。

实际上，假如当物体的速度达到光速时，物体不再受到运动方向上的任何力，因此，如果在那个物体上有人，这个人不能转身，不能向前或向后伸手迈步，不能向前或向后扔东西，那就是一个纯粹的三维空间（y，z，t），没有x方向的长度了。任何一个有长宽高时间的物体相对施力物体的速度都不可能达到光速。

现在已经证明光是横波，因为光没有前后的尺度。有人曾经试图测量“光压”，结果光压是0。即光对任何物体没有力的作用。

洛仑兹因子的物理意义

前几天我给你发了封邮件在四维明科夫斯基空间推导了一下它你还记得吧，实际上洛伦兹因子正是因为光速不变+相对性原理得出的一个相对变换因子，实际上光速不变更重要，因为如果光速变化的话那么洛伦兹因子就等于一，这就成了伽利略惯性系统。
在三维空间里假设有两个参照系S(x,y,z,t)与S‘(x’,y’,z’.t’)重合，现在有一点P在S中的坐标是(x0,y0,z0,t0),这时让S’沿S正方向匀速v运动，则按常规思维，P在S‘中横坐标应是X’=X0-vt,同理x0=x’+vt’(这时P随S’),但是这只是在宏观低速时所成立的，在高速时方程右边系数是否还是1？
所以洛伦兹（荷兰物理学家）假设上面两式右边均存在一个活动系数，设为λ，即x’=λ(x0-vt)①,x0=λ(x’+vt’)②,由于我打字有点慢，剩下的步骤我说给你，你自己一算就知道了。现在你联立刚刚给的两个方程，解出t‘的表达式，放在那里别管。然后令上面一式乘以二式，再利用光速不变原理X=CT,X’=CT’将这两项代入，你就可以解出洛伦兹因子了，然后代入上面丢在那里的t’就搞定了时间变换，再代入上面的x’就搞定了空间变换，而第二三维坐标是不变的，你想一想就明白了。这个过程计算有点复杂，但毕竟不下功夫是体会不到她的奥妙的，加油哦！对了，这两个星期我不在是去华师一上学去了，嗨，马上又要去了！！！

洛伦兹变换推导过程，越详细越好

设想有两个惯性坐标系S系、S’系，S’系的原点O’相对S系的原点O以速率v沿X轴正方向运动。任意一事件在S系、S’系中的时空坐标分别为（x，y，z，t）、（x’，y’，z’，t’）。t、t’分别是S系和S’系时刻。两惯性坐标系重合时，分别开始计时.
若x= 0，则x’+vt’ =0。这是变换须满足的一个必要条件，故猜测任意一事件的坐标从S’系到S系的变换为
x=γ（x’+vt’） (1)
式中引入了常数γ，命名为洛伦兹因子。
引入相对性原理，即不同惯性系的物理方程的形式应相同。故上述事件坐标从S系到S’系的变换为
x’=γ（x－vt） (2)
y与y’、z与z’的变换可以直接得出，即
y’=y (3)
z’=z (4)
把（2）代入（1），解t’得
t’=γt +(1－γ2) x/γv (5)
在上面推导的基础上，引入光速不变原理，以寻求γ的取值。
由重合的原点O（O’）发出一束沿X轴正方向的光，设光束的波前坐标为（X，Y，Z，T)、(X’，Y’，Z’，T’)。根据光速不变原理，有
X=cT (6)
X’=cT’ (7)
相对论的光速不变原理得出：坐标值X等于光速c乘时刻T，坐标值X’等于光速c乘时刻T’。（1）（2）相乘得
xx’=γ2(xx’－x’vt+xvt’－v2tt’) (8)
以波前这一事件作为对象，则（8）写成
XX’=γ2(XX’－X’VT+XVT’－V2TT’) (9)
（6）（7）代入（9），化简得洛伦兹因子
γ= (1－（v/c）2)－1/2 (10)
（10）代入（5），化简得
t’=γ(t－vx/c2) (11)
把（2）、（3）、（4）、（11）放在一起，即S系到S’系的洛伦兹变换
x’=γ(x－vt)，
y’=y，
z’=z，
t’=γ(t－vx/c2) (12)
根据相对性原理，由（12）得S’系到S系的洛伦兹变换
x=γ(x’+vt’)，
y=y’，
z=z’，
t=γ(t’+vx’/c2) (13)

洛伦兹变换的初等数学推导

狭义相对性原理：一切物理定律（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，一切物理定律的方程式在洛伦兹变换下保持数学形式不变。
光速不变原理：单向光速是个常数且与光源的运动无关。换言之，在所有惯性系中，真空中的光速不变。 洛伦兹变换可以由狭义相对性原理和光速不变原理推导出来。下面根据这两个基本原理，推导坐标的变换式。
设想有两个惯性坐标系S系、S’系，S’系的原点O’相对S系的原点O以速率v沿X轴正方向运动。任意一事件在S系、S’系中的时空坐标分别为（x，y，z，t）、（x’，y’，z’，t’）。t、t’分别是S系和S’系时刻。两惯性坐标系重合时，分别开始计时.
若x= 0，则x’+vt’ =0。这是变换须满足的一个必要条件，故猜测任意一事件的坐标从S’系到S系的变换为
x=γ（x’+vt’） (1)
式中引入了常数γ，命名为洛伦兹因子。
引入相对性原理，即不同惯性系的物理方程的形式应相同。故上述事件坐标从S系到S’系的变换为
x’=γ（x－vt） (2)
y与y’、z与z’的变换可以直接得出，即
y’=y (3)
z’=z (4)
把（2）代入（1），解t’得
t’=γt +(1－γ2) x/γv (5)
在上面推导的基础上，引入光速不变原理，以寻求γ的取值。
由重合的原点O（O’）发出一束沿X轴正方向的光，设光束的波前坐标为（X，Y，Z，T)、(X’，Y’，Z’，T’)。根据光速不变原理，有
X=cT (6)
X’=cT’ (7)
相对论的光速不变原理得出：坐标值X等于光速c乘时刻T，坐标值X’等于光速c乘时刻T’。（1）（2）相乘得
xx’=γ2(xx’－x’vt+xvt’－v2tt’) (8)
以波前这一事件作为对象，则（8）写成
XX’=γ2(XX’－X’VT+XVT’－V2TT’) (9)
（6）（7）代入（9），化简得洛伦兹因子
γ= (1－（v/c）2)－1/2 (10)
（10）代入（5），化简得
t’=γ(t－vx/c2) (11)
把（2）、（3）、（4）、（11）放在一起，即S系到S’系的洛伦兹变换
x’=γ(x－vt)，
y’=y，
z’=z，
t’=γ(t－vx/c2) (12)
根据相对性原理，由（12）得S’系到S系的洛伦兹变换
x=γ(x’+vt’)，
y=y’，
z=z’，
t=γ(t’+vx’/c2) (13)
洛伦兹变换结合动量定理和质量守恒定律，可以得出狭义相对论的所有结论。
爱因斯坦在1905年提出的狭义相对论（一种新的平直时空理论），出发点是两条基本假设：狭义相对性原理和光速不变原理。理论的核心方程式是洛伦兹变换。狭义相对论预言了牛顿经典物理学所没有的一些新效应（相对论效应），如时间膨胀、长度收缩、横向多普勒效应、质速关系、质能关系等，它们已经获得大量实验的直接证明。狭义相对论已经成为现代物理理论的基础之一：一切微观物理理论（如基本粒子理论）和宏观引力理论（如广义相对论）都满足狭义相对论的要求。这些相对论性的动力学理论已经被许多高精度实验所证实 。

相对论的主要内容有哪些有何重大意义

    相对论是一种哲学观点。认为世界上一切都是相对性的，没有绝对的事物。同时认为没有相对性就没有事物。比如，没有高就没有矮，没有快就没有慢，没有大就没有小，没有反就没有正。

把相对论与物理学相结合就是相对论物理学，我们现在常简称相对论。

相对论是站在相对性角度上对物理学的解释。主要分为狭义相对论和广义相对论两大部份。其实是一个理论的两种表达方式。狭义相对论是相对论的微分形式，广义相对论是相对论的积分形式。

理解相对论必须建立牢固的相对性观念，否则常常会走入死胡同。中如出现各种所谓的悖论。

有人说：“一个物体以接近光的速度运动时，它的时间会变慢。”相信这句话很多人都听到过。

但是，这句话本身不是相对论中的内容。

相对论中最重要的概念就是相对性，没有相对就没有意义。“一个物体以接近光速运动”，凭什么呢？一个物体的速度凭什么说接近光速？

速度是两个物体相对距离变化快慢的物理量，一个物体不存在速度的问题。

比如地球，谁能说出来地球在宇宙中的速度是多少？相对人走的速度可以是1.3米/每、相对汽车的速度可以是13米/秒、相对对飞机可以是130米/秒、相对卫星可以是8000米/秒、相对流星可以是80000米/秒……，地球的速度是多少？

只有确定了和哪个物体相对比才有速度的概念，单说一个物体的速度快和慢有什么意义呢？可以说地球的速度是任意的。而且由此也知道，任何一个物体的速度都是可以任意指定的。

光速不变：光相对于一个物体的速度是一个恒定值，很多人不理解，为什么不能和物体的速度相叠加？知道一个物体的速度是任意值了，就知道为什么不能叠加了。如果能叠加，那么，一个物体的速度是任意值，光速不是也就变成任意值了吗？

相对性原理还提示了一个问题，相比较才有意义，而意义是确定的。

比如两个物体相对速度是v ，V只有在这两个物体之间才有意义任何其他物体上看到的情况都是假象。但是，在一个物体上看到的情况是无法用任何方法来证明真实性的。因为本来就没有绝对的数值。

我们最常用的一个相对论公式就是  t’＝t×√(1－v²/c²)，其中的√(1－v²/c²)  叫做洛伦兹因子（或相对论因子）。

上面的图中：A是一个相对O以v  的速度作匀速直线运动的系统，B是A系统上的一点。当A点与O点重合的时刻，一光子从A射向B。

在A看：距离是ct’  ，在O看：距离是ct ，并且A 在t 时间内移动了vt 距离。

三个距离的关系是：(ct’)²＋(vt)²＝(ct)²，把t’ 解出来就得到了  t’＝t×√(1－v²/c²)。

从公式上看，假如人们站在O上看，看到的时间一定是t ，显然t’ 比t 变慢了。

但是从图上看会发现，v的大小只影响ct ，对ct’没有任何影响。

也就是说，相对速度影响了对相对高速运动的物体上的时间的测量，测量值变长了，相对的说就是那个物体上的时间变短了。

因为我们没有任何方法测量出那个相对我们高速运动的物体上的时间。只能依靠上面的变换间接得到。

由于光速不变，时间变慢的结果就一定会导致距离变短。

上面就是狭义相对论的主要内容。

理解了这一点就不会再搞出什么所谓的悖论来说某双生子一个在飞船飞行一个在一地球等，回来后岁数不同了。测量到的数据是相对的，与对方“实际”数据是不同的，看到他的时间变慢了，他自己并不变慢，不会因为你看到的情况而改变。就像一个人离你很远的时候你看到他变小了一样，不能因此说等他回来时他就进不了他家了（因为他在远处看他家也很小）。当距离近了的时候一切就都改变了，当速度降下来的时候，相对速度趋于相等时（静止时），测量的误差也接近0了。

狭义相对论是相对论的微分形式，上面的图中，应该说只在ct’→0，ct→0，vt→0的条件下才成立。

如上图：B相对A是匀速直线运动的，速度是v  ，但是相对A的距离却是非线性的。

就是说：距离/时间不是常数。只在时间无限短的dt  时刻才可以看作是真正的匀速直线运动。

广义相对论是相对论的积分形式。一切物理结果都是所有因素的累计结果。就是每微分点的值相加的总和。

用数学方法推导是很复杂的，而且在这里也很难打出复杂的公式。因此我们仅从物理意义上说一下广义相对论的主要内容。

有人说在广义相对论中，F＝ma这个经典物理学中最重要的公式不再成立，那是对相对论的误解。

相对论并不是推翻了物理学，而是把物理学推向了更高的层次。是对经典物理学的发展。

在广义相对论中，F＝ma依然成立，但是内容增加了。

1、加速度与引力场等价：

    把上面的公式变换一下就得到了：a＝F/m，左边是加速度，右边是引力场强度，即“单位质量所受的引力”。公式的意义就是：加速度与引力场是等价的。

2、质能公式：F＝ma，功是能量的转化量，所以两边同乘上距离就是能量。E＝FS＝maS=mv²。但是，前面说过，一个物体不存在速度的概念，而一个物体具有的全部能量却是固定的，所以这里的速度v 一定是相对任何物体都不会变化的恒定值，那么只有光速才是恒定的。所以，质能公式就是：E＝mc²。

3、时间变慢：

    加速度是速度的变化率。a=dv/dt，积分后得到a＝v/t。变换一下得到t=v/a。这里又有一个v，同样的，单独对一个物体来说，没有速度概念，这里的速度是一个对一切物体恒定不变的值——光速c。所以公式就是  t=c/a，即时间与引力场强度（或加速度）成反比，加速度越大，时间越慢。

4、

    虫洞：

    从t=v/a可以看到，当a为0时，就是引力场强度是0的时方，时间无限快。人们把宇宙中引力场为0的地方称作虫洞。相对虫洞来说，任何其他地方的时间都是无穷慢的，因此理论上感觉在虫洞中瞬间就可以到达宇宙中的任何地方。

5、奇点：

    相反，人们把宇宙中引力场强度无穷大的地方称作奇点。在奇点处，时间静止。由于时间静止，在那里的任何物体也都是静止的（或不存在）。根据四维空间的意义，时间为0的物体不存在，也就是从来没有过的东西不存在。

相对论的贡献：

相对论是在人们试图找到绝对速度失败后，由爱因斯坦总结和研究了前人的实验和理论后，在经典物理学的基础上创立的现代物理学说。

当人们测量绝对速度时发现，不仅测量不到绝对速度，更要命的是发现了一个足以让经典物理学崩溃的现象，光速不能和速度叠加。建立在理所当然的速度叠加原理上的一切力学规律竟然是错误的。物理界一片哗然，很多物理学家陷入混乱。甚至有人说物理学应该全盘推翻，重新建立新的体系。

首先，相对论的创立，重新确立了经典物理学在低小空间范围内的正确性和权威性，扶大厦于将倾。并且通过洛伦兹因子的引入，把经典物理学理论的适用范围推广到了广域的宇宙空间。

其次，相对论以其相对性原理，通过经典物理学的理论，为科学研究指明了方向。比如质能公式为核能的应用奠定了坚实的理论基础。

再有就是为人类探索宇宙空间提供了测量计算的理论依据。为人类太空科技打下了基础，为人类生活提供了新的方式。比如卫星定位，如果没有相对论时间换算的关系，GPS定位误差将达到数公里以上，完全失去了实用意义。

爱因斯坦相对论的详细内容

相对论的全部内容不是三言两语能讲清的。但是主要内容基本上可以概括一下。

首先，相对论是一种哲学思想，相对性是宇宙中的普遍规律。没有大就没有小，没有多就没有少，没长就没短，没快就没慢。没有比较就没有意义。

然后想像一下：假如宇宙中只有一个地球而没有任何其他天体，谁能确定地球在运动还是静止呢？

曾经有人认为宇宙中有一种绝对静止不动的物质，起了个名字叫“以太”。就算是没有任何参照物，一个物体也至少有相对以太的运动速度，那个速度叫“绝对速度”。

但是，人们无法测量到以太的存在，或者说，即便是有以太，人们也无法探测到，不能当参照系。

因此，如果宇宙中没有其他的参照物的情况下，只有地球，任何人都无法知道地球的速度是多少。

如果有其他物体作参照系，那又如何知道是地球在动还是那个参照物在动呢？所以，有了参照物也只能知道相对的速度，还是无法知道“绝对速度”。

从这里看出来了：速度是什么？是一个可以随便说是多少就是多少的量。完全可以想像有某个看不到或看得到的参照点在以某个速度相对地球运动，那么地球的速度就是某个想像的数值。

相对论就是在人们发现找不到绝对速度的情况下提出来的。一切速度都是相对的。

要深入理解相对论，先了解以下几个概念：

场：这是一个宇宙（空间）概念，就是一切物体所存在的作用范围。其实这个范围是无穷大的，比如一个电荷周围有电场，离电荷越近电场越强，但是不论离电荷有多远，电场不会为0，只有无穷远才是0，可是无穷远是多远呢？那只是想像中的一个遥不可及的距离，其实上不存在无穷远，任何一个距离总有比这个距离更远的地方。因此，一个电荷的场也是无穷大的空间。

场速：这就是光速，但是场不是光。比如空间某个地方突然出现一个电荷，那么离电荷有一定距离的地方必须经过一段时间才能感觉到电荷的出现。如果一个电荷在移动，离开电荷一定距离的地方要经过一定时间才能发现它移动了。这就是场的速度。当电荷在振动时，它的振动也一样经过一定的时间才能传达到其他地方，这是场的速度，显然振动的传播速度和场速相同，振动的电场就是光（也可以把电磁波叫光）。

推车：一个人推车，车子能达到的最快速度是多少呢？显然不可能超过人跑的速度，车比要是比人跑的速度还快，人还咋推车呢？车子的速度极限是人跑的速度。

加速度：一个有质量的物体要提高速度必须有力的作用，这个关系可以表示为：加速度＝力/质量。质量越大，想有同样的加速度就需要越大的力。如果质量为0，则加速度为无穷大，也就是说，质量为0的物质可以突然变成极限速度。不需要力的作用。

电子加速器：用电场力给电子加速，显然和人推车一样，当电子的速度接近场的速度时，场就快要追不上电子了，电子受的力会越来越小，加速度会越来越小。假如电子能被加速到光速，显然，在电子以光速运动时，场速再也追不上电子了，也就再也不会对电子有什么作用力了。

电子加速度器给电子加速的极限就是场速，当然等于光速，所以电子速度的最高极限是光速。

物体受的力：任何宏观物体受的力都是电场力。力作用到物体某点上，该点的原子受力产生偏离原位的趋势，这一趋势以光速传到相邻原子，使相邻原子也产生移动趋势。瞬间，一点受的力就以光速传遍了整个物体，整个物体开始受力的影响而产生加速度。显然，当物体运动速度达到光速时，任何力对物体都不再起作用。物体不会再有加速度。物体移动的速度也一样不会超过光速。

好了：预备知识基本上就这些了。

其实有了这些知识后，如果爱因斯坦不提出相对论，也许你就会提出相对论了。只不过他抢先了。

相对论是相对论的哲学思想在物理学上的具体体现和应用。

受因斯坦把相对论分为狭义相对论和广义相对论。其实是一件事的不同角度和运用领域。

狭义相对论：

可以说狭义相对论是相对论的微分形式，如果还是小学没学过微分的时候，就当成是距离很短时间很短的一个无限小的范围里的事。比如我们可以把地球表面上一点在很短的时间内看作是匀速直线运动。别太长时间，也别整太长的距离，否则就变圆了。

匀速直线运动的系统叫做“惯性系”，记住这个词。后面（或者以后看书）可能会经常遇到这个词。

在相对作匀速运动的两个系统上，假定一个系统是静止的（前面说过速度可以任意定，我们定它是静止的）叫作参照系（以后说到参照系就等于说指定它的速度是0），另一系统对参照系而言就有了一个速度，但是光速却不会变，光不在乎你把谁的速度说成是静止，也不在乎你把速度说成是多少。在光看来，所有的系统的速度都是0。

因此出现了下面一个情况（参看下面的图）：

假如动系以速度V相对参照系移动，在动系上有一光子向上发出，动系上看光子的路线是ct’，参照系上看是ct，c就是光速。当光子到达某点时，动系也移动了一段距离vt。

三者的关系是：(ct’)²＋(vt)²＝(ct)²

把t’解出来就是：t’=t√(1－v²/c²)，其中的 √(1－v²/c²) 叫作洛伦兹因子（现在也叫相对论因子）。

我们看到了：在狭义相对论中，参照系上看到的长度比运动系自己看到的要长，看到的时间比运动系自己看到的要长。而只要速度不是0，相对论因子就是一个小于1的因子，把看到的时间或距离乘上一个小于1的因子就得到了运动系上看到的距离和时间。习惯上说是高速运动的物体上的时间变慢了，距离变短了。但是这只是习惯说法。实际上是看到的时间变快了，距离变长了，比如 ct 就是比 ct’ 长。

此外我们还注意到，狭义相对论中没提到力，原因是只限于惯性系，匀速直线运动的系统不存在力的作用。

广义相对论：

狭义相对论中考虑的是时间与距离的换算关系，狭义相对论是在惯性系之间的换算，因此没有加速度和力的问题。广义相对论是相对论的积分形式，是把无数的微分形式的结果累积起来后的结果。因此就涉及到了加速度，涉及到了加速度就涉及到了力。

F=ma  ，这是每个学过物理的人都能例背如流的公式。把这个公式变换一下：

a＝F/m，左边是加速度，右边呢？是“单位质量所受的力”显然是引力场强度定义。也就是说，加速度与引力场强度等价。a－F/m＝0，这就是我们为什么感觉不到太阳的引力的原因，因为地球的向心加速度正好抵消了太阳的引力。

再把上式变换一下：

FS＝maS；E＝mv²

力乘上距离S就是功，功就是能量转换的数量，就是能量值。所以：能量E＝质量m ×速度v的平方

问题是v是什么的速度呢？前面的知识已经知道，速度是一个可以随意说多大就是多大的量，这里的能量不可能也是说多大就是多大吧？所以这里的速度一定是一个对任何系统来说都不会改变的速度。那只有光速不会变。因此，质能公式就是：E＝mc²。

时间变慢：

很多人纠结在狭义相对论的洛伦兹因子上，不理解时间为什么会变慢。其实前面说了，洛伦兹因子仅仅提供了时间测量的变换关系，并不能说明时间会变慢。相反的是我们看到的时间还变快了，所以要因一个小于1的因子来复原成运动系上的时间。

而广义相对论中的引力公式真正解释了为什么时间会变慢。

a＝F/m，注意这里的是广义相对论的公式，加速度＝引力场强度。而加速度本身的定义是单位时间内速度的增量，所以：F/m=v/t，t＝v/引力场强度，同样的，到了相对论中，速度不是随意可变的值，是一个恒定不变的值c。但是由于我们使用的单位以及我们的数学体系和运算规则的原因，必须有一个变换因数。因此公式就变成了：

t＝κ×c/a，其中的κ是一个变换因子，与所在的空间及使用的时间单位有关。

从这个公式中可以看出来，时间是受引力场强度（加速度）影响的，在不同的引力场内的时间会不同。而引力场强度与加速度等价，因此，在强大的加速度下，时间也会变慢。这就是宇宙飞船上的时间为什么变慢的原因。是由于发射飞船时强大的加速度造成的。

假如是狭义相对论的洛伦兹因子的原因，那么，相对地球有无数的参照系，每个参照系上看地球都有一个时间，那么地球上到底听谁的？A星上看地球的时间慢10%，B星上看地球的时间慢20%，C星上看地球，时间慢30%……地球咋办？其实地球上的时间只按地球自己所在的引力场内的时间运行，其他星系上看到的时间是多少是它们的事，关地球什么事？

本来还想说说空间弯曲和时空遂道，但是说有非法内容，发不了。