上图是一个思维实验模型,设在运动系上有一个光子钟,即以光子的往复运动作为钟摆。让光子在AB间往复运动,每个周期(往返一次)是2t' 。O是参照系上的一点。
①、光子一个单程用的时间在A点上看是t',在O点上看到的时间是t 。
②、在O点上看,t 时间内运动系移运了vt 距离。
③、运动系和参照系上看到的C不变,所以运动系看到光子运动的距离是ct' 。参照系上 光子运动的距离是ct 。
根据勾股定理:
(ct')²+(vt)²=(ct)²
c²t'²=c²t²-v²t²=t²(c²-v²)
t'²=t²(1-v²/c²)
则解得:t'=t√(1-v²/c²)
此变换与麦氏方程组是协变的。
这也是相对论唯独没有改变麦氏方程组的形式的原因。
x'=r(x-vt)
t'=r(t-vx)
r=1/sqrt(1-v*v)
这个是最简化的洛伦兹变换了,和物理上的洛伦兹变换少了c的平方。
这个简化式号称是几何形式,也就是进行过归一化操作的洛伦兹变换,光速c被归一化为1了。
这种简化之后,时间和空间具有了相同的量纲了,也就是二者可以处于平权状态了。
狭义相对论最重要的就是洛伦兹变换,把相对运动分析清楚了,代换就行了。都是些简单的代数式,简化不是很难吧。