愛因斯坦的相對論勾勒出了一個深刻而永恆的時空觀念,備受重視與推崇。
第1篇 相對論前夜
本篇從天文學的歷史背景開始,探討了日心說的困境和相對性原理的初步概念,並介紹了慣性系的重要性。接著,從實驗出發,引出了伽利略變換和牛頓力學的基礎,深入討論了牛頓第二定律和絕對時空觀的概念。隨著電磁理論的發展,本篇提出了電磁理論的挑戰,探討了光速不變原理及其引發的新時空觀,並以結語作結,為後續的相對論誕生鋪墊。
第2篇 相對論誕生
本篇集中探討了電磁理論中的疑難及以太的概念,從光行差實驗和阿拉果的實驗開始,介紹了部分曳引假說和斐索流水實驗等重要實驗,並討論了一階光學實驗和一階相對性原理。隨後,本篇詳細解釋了著名的麥可遜-莫雷實驗及其結果,進一步探討了洛倫茲和電子論、長度收縮假說,並通過牛頓與水桶實驗和馬赫的視角,揭示了不存在絕對運動的觀點。最後,本篇回歸相對性原理,深入分析了真正的困難和對應態定理,並在探討時間問題後,以狹義相對論的出現作結。
第3篇 質能方程
本篇從狹義相對論出發,首先介紹了動量守恆定律,並回顧了伽利略變換和牛頓力學的基本定律。接著,通過洛倫茲變換和狹義相對論的定律,揭示了新的動量和動能概念,並最終導出質能方程。討論回到牛頓力學,分析質量與能量之間的關係,並探討電磁場的挑戰和質量虧損現象。進一步,核反應是否特殊的問題也得到了深入探討,並總結出質量是能量的量度的觀點,展示了新時代的圖景。最後,通過不動質量的概念,為本篇畫上句點。
第4篇 閔氏幾何及常見的相對論效應
本篇探討了為何許多人覺得幾何語言難以理解,並介紹了相對論中的兩個基本假設和光速不變的祕密。隨後,從歐氏幾何的不變數出發,通過線元來決定幾何,並展示了閔氏幾何在狹義相對論中的應用。隨著時空圖的介紹,本篇探討了同時性的相對性和兩個座標系的轉換,並解析了尺縮效應。隨後,閔氏幾何的線長和校準曲線,探討了雙生子佯謬及其幾何解釋,並最終以世界線和固有時的概念,全面解決雙生子佯謬的問題。最後,本篇以結語總結了常見的相對論效應。