相对论里根号下1–v^2⼀c^2有什么物理意义?怎么得到的?

2025-05-21 14:07:58
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回答1:

这个东西叫做洛伦兹因子,是狭义相对论中最重要的物理量。每个狭义相对论的定量公式都离不开这个因子。它可以表征时间延缓的程度,直尺长度缩短的程度等等。

推导方法有很多,比如三维普通证明,四维伪转动证明,群论证明等等。最好理解的证明是第一个,具体方法如下:

t=0时刻惯性系s和s’原点和x轴重合,后s’系相对s系以v的速度做匀速直线运动。则根据几何时空中一点的横坐标x和x’的关系式x'=γ(x-vt)······1式,其中γ=1回到经典的伽利略变换,然而γ=1不满足光速不变原理,原因如下:

0时刻从x系原点水平向右打出一道光,则在s系其传播方程为x=ct,带入1式得s’系中的传播方程为x’=ct-vt=(c-v)t’,该方程对t’求导得到光在s’系的传播速度是c-v,而不是实验测得的c。

所以我们让γ为待求量,首先根据狭义相对性原理有x=γ(x’+vt’)······2式。现在假设t=0时刻从s系原点水平向右打出一道光,则在s系其传播方程为x=ct······3式,在s’系由光速不变原理得到其传播方程为x’=ct’······4式。下面将3式带入1式,4式带入2式然后将带入后的1式和2式相乘,得到c^2tt'=γ^2c^2(c-v)(c+v)tt’。

化简得到洛伦兹因子γ的表达式:γ=√(1–v^2/c^2)