狭义相对论的局限网络公选课的答案

狭义相对论的局限网络公选课的答案

狭义相对论的局限，也可以说是非广义相对论的其他经典理论的局限。
这个根本的问题就是：--我们有物理定律，但是不知道这些定律用在哪里。--
因为我们找不到一个惯性系。我们的地球不是，宇宙中任意一个地方也不是，这个惯性系只能想象。

物理学的最基本的一个定律，惯性定律，也仅仅是个理想定律。我们知道在通常的坏境下验证，这个定律，也可以说非广义相对论的一切定律，都是有偏差的。要证明或推翻这些定律，只能用理想实验。这样我们的物理学就像是筑在沙滩上一样，经历不起风雨。

我们有定律，但是不知道它对应着哪个参考系，这就是狭义相对论的最大的局限性。

广义相对论就解决了这个问题，它把物理定律成功的运用到一切参考系下了。

狭义相对论的局限性 1、狭义相对论不能解释惯性系的特殊、优越性问题 在经典力学中，力学方程在不同的惯性参照系中具有不变性，若将同一物理现象放在非惯性系中描述，其力学方程将发生改变，这就产生了一个问题：“惯性参照系是否在物理上具有特殊的性质和较其它参照系更为优越呢？”物理学家牛顿、马赫曾研究过这个问题，但都无法说明同一物理现象对惯性系和非惯性系为什么会有不同的表现。 爱因斯坦创立了狭义相对论，并提出了两条基本原理：相对性原理和光速不变原理。根据基本原理，推导出新的时空变换关系。在新的时空变换关系中，麦克斯韦电动力学方程组在不同的惯性系中数学形式相同，电磁规律对所有的惯性系都是等价的。爱因斯坦发现在狭义相对论的范畴内，仍然无法解决惯性系的特殊、优越性问题。爱因斯坦面对的是物理学中一个历史性的难题和挑战。 爱因斯坦从牛顿、马赫的失败中认识到从理论上论证惯性系的特殊和优越性是不可取的，狭义相对论原理对这个理论问题同样做不出解答。爱因斯坦尖锐地意识到这一点,并认为这是经典力学、狭义相对论都“固有的认识论上的缺点”。解决这个困难,出路只有两条:要么从理论上阐明惯性坐标系特殊、优越的物理原因,要么从理论上消除惯性坐标系特殊、优越的物理地位。爱因斯坦选择了第二条出路,就是扩大狭义相对论原理的物理内容。1933年爱因斯坦曾回忆说：“如果速度概念只能有相对的意义，难道我们还固执地把加速度当作一个绝对的概念吗？”。他思索着从扩大狭义相对论的内容和原理着手，用新的观念和论点从理论上消除惯性系的特殊和优越。 2、“刚性”空间-时间度规不能解决非惯性系中的问题 在经典力学中，时空是绝对的，几何学只是一种数学工具，反映了一个平直的物理空间。在狭义相对论中，光速是恒定的，以光速为基础的时空也是均匀的、各向同性的，狭义相对论所依附的四维时空统一体是一个具有平直性质的赝欧几里德空间。 狭义相对论摆脱了绝对时空观的束缚，确立了同时性的相对性，时间间隔的相对性和空间长度测量与参照系运动状态有关等新的时空观。然而，在同一参照系中，仍按统一的测量标准测量时间与长度，这意味着狭义相对论中仍具有刚性的尺和同步的时钟，其空－时度规的性质仍是“刚性”的。 爱因斯坦在研究中发现，当我们处在一个非惯性系内的时候，大范畴内平直的坐标空间概念已经失效，不能够用到处同步的钟和到处一样长度且与取向无关的尺，狭义相对论所依附的空-时度规不能解决非惯性系的问题。 3、狭义相对论不能解决引力现象问题 爱因期坦曾反复运用数学方法修改牛顿的引力理论，企图把引力现象归纳在狭义相对论的范畴之内，但没有获得成功。爱因斯坦通过狭义相对论，把电场与磁场统一起来，把质量和能量统一起来,把牛顿力学方程作了相对论修正,使之与麦克斯韦方程协调起来了。接着，爱因斯坦想把引力现象也纳入狭义相对论的范畴。他作了初步尝试后发现：物体的质量是它所含能量的量度，若物体的能量改变ε，那么质量也要改变ε/c2。按这个结论,物体的惯性质量将随其能量而变，落体的加速度同它的水平速度或者物体的内能有关。这不符合在引力场中的一切物体都具有同一加速度的实验事实。推出的结论不能解释引力场中的普遍事实。 爱因斯坦在1907年开始认识到“在狭义相对论的框架里，是不可能有令人满意的引力理论的。”