论述相对论时空观的四维形式以及电动力学的四维表示

1. 论述相对论时空观的四维形式以及电动力学的四维表示

我上大学时没遇到这类题，但是我有自己的想法（不是答案），不知道对你有没有什么帮助。
 
相对论的四维空间就是可以用三个长度纲和一个时间纲描述和表达的空间。
高维空间无法在低维度空间上表达，因此我们只能采取权宜之计，用六个2维坐标表达一个四维空间体系。类似于用三视图表达一个三维物体。（实际上是一个矩阵，不过我们不用理矩阵的问题，因为我们不推导公式，也不作量化分析。）
即：(x，y)、(y，z)、(x，z)、(x，t)、(y，t)、(z，t)。
这样就能在纸或电脑屏幕这样的二维空间上表达四维空间了，当然不直观是必须的代价。
 
这样一个坐标组表达的就是一个四维空间。如果四维空间所有的轴（量纲）都是均匀的，则这个空间就是均匀空间（我们习惯称为惯性系）。也就是说空间中的物体（点、线、面及立体）代表长度（或距离）与时间成线性关系。
若四个轴中任意一个轴（的刻度）是非均匀的，则表示空间是非惯性系，空间中的物体与时间不成正比，也就是曲线。在这样的空间中，物体本身如果是均匀的，则表现为相对空间作变速运动，如物体本身与空间相符（相对静止），则表明空间是弯曲的。
 
在经典物理学中，我们有F＝ma，a表示加速度，但是在相对论中，这个加速度是不存在的，因为以太不存在，没有参照物就不存在加速度。所以公式的表达应该是a＝F/m，F/m是单位质量所受的引力，即引力场强度。那么公式的意思就是加速度是引力场强度值。
对照上面的空间表达，加速度就是空间的弯曲度（曲率），因而空间的弯曲度也就是引力场强度。
 
至于电动力学，我们可以这样考虑：假设在一个均匀的空间中，某一点突然产生一个电荷，则距离这个点一定距离的另一点必须经过一定的时间才能感应到那个电荷的出现。因为空间是连续的，一个点不可能同时出现在不同位置。这个点的电荷消失，另一点也同样要经过一定时间才感知到它的消失。如果那个电荷以某种方式变强或变弱，同样需要一定时间另一点才能感知。因此，电荷的信息需要时间向另一点传递。这个场的信息传送速度暂且称之为“场速”。
 
显然在这个均匀的（惯性系）空间中，场速一定也是均匀的。
光速，光是电磁波，可以理解为那个电荷以一定频率作正弦变化，变化信息即以场速向另一点传送（球状扩散）。这就是光速，显然光速就是“场速”，因此可以断定在同一个空间中，光速恒定不变。就是场速。
 
电动力学的力理所当然是电场力，而带电粒子相对空间的运动，则由电场力的作用而产生影响。
这就像我们推车，如果车子没有磨擦力，车的最快速度必然小于人跑的速度，因为车要是比人跑的速度快，人就追不上车了，追不上车就无法继续给车施力，没有力也就没有加速度，没有加速度车就不会比人跑的速度快。
电场力的施加速度是都场速（光速），当带电粒子被加速度时，同样不会超过光的速度，因为达到光速时，电场力就无法作用于带电粒子了。这就是在同一空间中，物体的速度不可能超过光速的原因。
显然（相对本空间）速度越快，电场力的作用就越小，所以当粒子达到光速时，粒子受的力就是0。
这种情况下，粒子不再受向前或向后（电场有正负）的任何力。假如人在这样的速度相对空间运动，则人不能向前或向后行走，不能向前或后伸手，不能转身，毫无疑问，这个速度运动的空间是一个二维空间（相对上述的均匀空间）。
同时以这样的速度运动的物体撞在任何物体上也不会产生力，因为场速限制了力的作用。光对宏观物体不会产生“光压”，就是这个道理。速度越快的物质产生的力越小，对静止物体的影响越小，比如中微子接近光速，因此几乎很难捕捉到。除非遇到刚好与它的速度方向接近的粒子才会产生作用。
 
前面说的是一个四维空间，不同空间显然至少有一个轴的刻度或角度（相对五维空间）不同，但是只要是均匀的，就一定是惯性空间，一个轴的刻度或角度不同，体现的就是相对5维空间的速度不同。因此，不同的惯性系就是不同的四维空间。
 
非惯性系是由无数惯性系连续排列成的空间，因此（相对五维空间的）速度的变化就是空间的跨越。
 
微观的电动力学，一个四维空间中不会有超过光速的运动，但是在不同空间中，则会发生下面的情况，一个空间的电场力作用在另一个空间时，相对原来空间的场速相对另一空间就不是原来的速度了，因此对另一空间的物体会有作用。微观粒子的振动实际上就是粒子不断在不同空间穿越，当穿越在某个空间时，就会受到来自另一空间的电场力的作用因而改变运动状态，因此电场力或光，对微观身体会起作用。比如光电效应。
 
宏观上，我们不可能跟随高速运动的物体一起运动着去进行各种测量和研究，因此，随着速度增加，粒子加速度下降的过程只能以相对性的等效方法等效成电场力恒定而粒子随着速度的提高而质量变大。
微观上，频率越高的电磁波（光）电场强度变化越剧烈，因此能量越大，对粒子的作用越强。
 
尺管不同空间相对的场速可能不同，因而会产生作用，但是，如果速度高于光速，依然不会起作用，因为像人推小车一样，车迅速从人身边穿过人来不及对车起作用。高于光速的情况任何空间都无法察觉和捕捉。这就像皇帝的新衣一样，等同于不存在。
 
我想先说这些吧，这是我的一些思路，是我对时空、电动力学等问题的认识，不知道对你有没有用。希望对你解答题目的思路能有一点点抛砖的作用。

2. 狭义相对论和经典力学的时空观区别是

狭义相对论和经典力学的时空观区别是：时间进程不同、空间不同、物质对空间和时间的影响。
1、时间进程不同：
经典时空观在任何惯性参考系，时间进程的速度都是一样的；狭义相对论时空观时间的流逝速度是相对的。
2、空间不同:
经典时空观空间是平坦均匀处处一样的，狭义相对论时空观空间和时间是联系在一起的，时空不平坦。
3、物质对空间和时间的影响:
经典时空观空间物质本身不对时间和空间产生作用和影响，狭义相对论时空观物体会对周围的时空产生影响，比如大质量的黑洞的超强引力能使其周围的时空严重扭曲，以致于时间进程几乎终止。

扩展资料
相对论中的光速不变性可以从理论上由麦克斯韦方程组得出：c=1/(ε0μ0)1/2，光速由真空介电常数ε0与磁导率μ0决定，是一个不变的常数，并且不依赖于参考系的选择。光速不变原理是宇宙时空对称性的体现。
狭义相对论不但可以解释经典物理学所能解释的全部物理现象，还可以解释一些经典物理学所不能解释的物理现象，并且预言了不少新的效应。
它导致了光速是极限速度，导致了不同地点的同时性只有相对意义，预言了长度收缩和时钟变慢，给出了爱因斯坦速度相加公式、质量随速度变化的公式和质能关系。此外，按照狭义相对论，光子的静止质量必须是零。
参考资料来源：百度百科-绝对时空观
参考资料来源：百度百科-狭义相对论

3. 狭义相对论的时空观与经典力学有什么不同？

狭义相对论和经典力学的时空观区别是：时间进程不同、空间不同、物质对空间和时间的影响。
1、时间进程不同：
经典时空观在任何惯性参考系，时间进程的速度都是一样的；狭义相对论时空观时间的流逝速度是相对的。
2、空间不同:
经典时空观空间是平坦均匀处处一样的，狭义相对论时空观空间和时间是联系在一起的，时空不平坦。
3、物质对空间和时间的影响:
经典时空观空间物质本身不对时间和空间产生作用和影响，狭义相对论时空观物体会对周围的时空产生影响，比如大质量的黑洞的超强引力能使其周围的时空严重扭曲，以致于时间进程几乎终止。

扩展资料
相对论中的光速不变性可以从理论上由麦克斯韦方程组得出：c=1/(ε0μ0)1/2，光速由真空介电常数ε0与磁导率μ0决定，是一个不变的常数，并且不依赖于参考系的选择。光速不变原理是宇宙时空对称性的体现。
狭义相对论不但可以解释经典物理学所能解释的全部物理现象，还可以解释一些经典物理学所不能解释的物理现象，并且预言了不少新的效应。
它导致了光速是极限速度，导致了不同地点的同时性只有相对意义，预言了长度收缩和时钟变慢，给出了爱因斯坦速度相加公式、质量随速度变化的公式和质能关系。此外，按照狭义相对论，光子的静止质量必须是零。
参考资料来源：百度百科-绝对时空观
参考资料来源：百度百科-狭义相对论

4. 爱因斯坦相对论在四维空间的解释

用通俗的语言解释相对论究竟讲了什么内容

5. 相对论时空观与牛顿力学的局限性是什么？

相对论时空观与牛顿力学的局限性是：运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的运动状态有关。根据爱因斯坦的假设，如果两个事件在一个参考系中是同时的，但在另一个参考系中不一定是同时的。在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的（光速不变原理）。

相对论时空观与牛顿力学的解读：
假设人竖直上抛小球，小球的运动遵从牛顿运动定律，不能从这个实验判断飞机相对于地面的速度。要判断相对速度，可以透过窗户观测云朵等参照物。以飞机为参考系，小球做竖直上抛运动，以地面为参考系，小球做斜上抛运动，水平方向的分速度就是飞机相对地面的速度。可见，不论在哪个参考系中，小球都在重力的作用下，遵从牛顿第二定律做抛体运动。

6. 爱因斯坦的广义相对论中提到引力是时空的扭曲，那我是不是可以理解成，没有时间的空间（比如四维空间）就

严格的说时间和空间是统一的，你说的四维空间其实在物理上叫做四维时空，它的第四维是用虚数表示的时间。具有质量的物体造成时空的弯曲，这就会使得其它在这个弯曲影响范围内运动的物体都会受到影响，简单点说在弯曲时空中自由的物体总是倾向于沿着时空的测地线运动（对于平坦的时空，也就是直线，是不是有种牛顿第一定律的即视感？）。一个很具体的例子就是地球围绕太阳的运动，如果忽略其他行星的影响，那么这个运动的轨迹应该是四维时空中的短程线，也就是三维空间中的椭圆（这个不是一般人能想清楚的，毕竟闵可夫斯基空间实在太高深了）。在牛顿看来这个椭圆运动就是受到了引力的影响。
更正你的一个观点，没有物体，就没有时间和空间。设想一下在一个什么都没有的区域里，你连参照物都没有，怎么定义上下、左右、前后这三个空间维度？连参照物都没有，你怎么通过观察事物的变化来定义时间？

7. 4．相对论时空观：同时是相对的；空间距离是相对的 狭义相对论——爱因斯坦创立。重要结论有：运动的时钟

一运动列车，列车中间一个光信号接收器，地面一个光信号接收器，当车上车下两个接收器重合时，车头和车尾各自发出一个闪光，地面接收器同时收到信号，而光传播是需要时间的，在这段时间内，车又向前运动了，因此列车中间的接收器先接收到车头的光，后接收到车尾光，结论：不同事件的同时性不是绝对的，只是相对概念。

相对论是以光速不变做为前提的，与参照系无关，因此才不用说光源是相对地面静止，还是相对列车静止，列车中间的接收器由于到头尾距离相等，因此按相对论也应该同时收到光信号。
我们认为本例的条件不全：
1 火车内的空气对火车静止，火车外的空气对地面静止，火车长度为光在空气中需要T秒通过，闪电发生时作为时间原点，两相对匀速运动的参照系可以建立相同的时间。结果：T/2秒，地面接收器与火车中接收器同时收到两端信号，符合相对论结论和伽利略变换，光速不变，与参照系无关。
2 火车内空气对地面静止（无厚度平板），火车速度为V。结果：地面接收器T/2秒同时收到两端信号，火车中(TC/2)/(C+V)秒收到车头信号，(TC/2)(C-V)秒收到车尾信号，符合速度叠加原理。
用声音代替光，可以做出这两个结果，而论述中为什么要选择违反相对论假设的一个结果呢？另外，如果我们用无穷大速度测量，则火车来不及运动，测量就已经完成，闪光还是同时的，所以很多人同爱因斯坦一样知道，相对论只是由于光速的慢而引入的测量效果，不知道爱因斯坦他老人家怎么讲着讲着，自己糊涂了，认为结果是真实的。

8. 相对论否定了经典力学的绝对的时空观，发展了牛顿力学，将物理学发展到一个新阶段。

     对         本题考查现代科学技术相对论的有关历史。1905年爱因斯坦提出狭义相对论，1916年提出广义相对论。相对论的提出是物理学思想的一次革命，它否定了经典力学的绝对时空论，从本质上修正了由狭隘经验建立起来的时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。同时，它也发展了牛顿力学，将牛顿力学概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。故本题是正确的。