狭义相对论的内容(详细)

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第一部分 狭义相对论
1．几何命题的物理意义
阅读本书的读者,大多数在做学生的时候就熟悉欧几里得几何学的宏伟大厦.你们或许会以一种敬多于爱的心情记起这座伟大的建筑.在这座建筑的高高的楼梯上,你们曾被认真的教师追迫了不知多少时间.凭着你们过去的经验,谁要是说这门科学中的那怕是最冷僻的命题是不真实的,你们都一定会嗤之以鼻.但是,如果有人这样问你们,“你们说这些命题是真实的,你们究竟是如何理解的呢?”那么你们这种认为理所当然的骄傲态度或许就会马上消失.让我们来考虑一下这个问题.
几何学是从某些象“平面”、“点”和“直线”之类的概念出发的,我们可以有大体上是确定的观念和这些要领相联系；同时,几何学还从一些简单的命题（公理）出发,由于这些观念,我们倾向于把这些简单的命题当作“真理”接受下来.然后,根据我们自己感到不得不认为是正当的一种逻辑推理过程,阐明其余的命题是这些公理的推论,也就是说这些命题已得到证明.于是,只要一个命题是以公认的方法从公理中推导出来的,这个命题就是正确的（就是“真实的”）.这样,各个几何命题是否“真实”的问题就归结为公理是否“真实”的问题.可是人们早就知道,上述最后一个问题不仅是用几何学的方法无法解答的,而且这个问题本身就是完全没有意义的.我们不能问“过两点只有一直线”是否真实.我们只能说,欧几里得几何学研究的是称之为“直线”的东西,它说明每一直线具有由该直线上的两点来唯一地确定的性质.“真实”这一概念有由该直线上的两点来唯一地确定的性质.“真实”这一概念与纯几何这的论点是不相符的,因为“真实”一词我们在习惯上总是指与一个“实在的”客体相当的意思；然而几何学并不涉及其中所包含的观念与经验客体之间的关系,而只是涉及这些观念本身之间的逻辑联系.
不难理解,为什么尽管如些我们还是感到不得不将这些几何命题称为“真理”.几何观念大体上对应于自然界中具有正确形状的客体,而这些客体无疑是产生这些观念的唯一渊源.几何学应避免遵循这一途径,以便能够使其结构获得最大限度的逻辑一致性.例如,通过位于一个在实践上可视为刚性的物体上的两个有记号的位置来查看“距离”的办法,在我们的思想习惯中是根深蒂固的.如果我们适当地选择我们的观察位置,用一只眼睛观察而能使三个点的视位置相互重合,我们也习惯于认为这三个点位于一条直线上.
如果,按照我们的思想习惯,我们现在在欧几里得几何学的命题中补充一个这样的命题,即在一个在实践上可视为刚性的物体上的两个点永远对应于同一距离（直线间隔）,而与我们可能使该物体的位置发生的任何变化无关,那么,欧几里得几何学的命题就归结为关于各个在实践上可以视为刚性的物体的所有相对位置的命题.作了这样补充的几何学可以看作物理学的一个分支.现在我们就能够合法地提出经过这样解释的几何命题是否“真理”的问题；因为我们有理由问,对于与我们的几何观念相联系的那些实在的东西来说,这些命题是否被满足.用不大精确的措词来表达,上面这句话可以说成为,我们把此种意义的几何命题的“真实性”理解为这个几何命题对于用圆规和直尺作图的有效性.
当然,以此种意义断定的几何命题的“真实性”,是仅仅以不大完整的经验为基础的.目下,我们暂先认定几何命题的“真实性”.然后我们在后一阶段（在论述广义相对论时）将会看到,这种“真实性”是有限的,那时我们将讨论这种有限性范围的大小.
2．坐标系 根据前已说明的对距离的物理解释,我们也能够用量度的方法确立一刚体上两点问的距离.为此目的,我们需要有一直可用来作为量度标准的一个“距离”（杆S）.如果A和B是一刚体上的两点,我们可以按照几何学的规则作一直线连接该两点：然后以上为起点,一次一次地记取距离S,直到到达B点为止.所需记取的次数就是距离AB的数值量度,这是一切长度测量的基础.
描述一事件发生的地点或一物体在空间中的位置,都是以能够在一刚体（参考物体）上确定该事件或该物体的相重点为根据的,不仅科学描述如此,对于日常生活来说亦如此如果我来分析一下“北京天安门广场”这一位置标记,我就得出下列结果.地球是该位置标记所参照的刚体；“北京天安门广场”是地球上已明确规定的一点,已经给它取上了名称,而所考虑的事件则在空间上与该点是相重合的.
这种标记位置的原始方法只适用于刚体表面上的位置,而且只有在刚体表面上存在着可以相互区分的各个点的情况下才能够使用这种方法.但是我们可以摆脱这两种限制,而不致改变我们的位置标记的本质.譬如有一块白云飘浮在天安门广场上空,这时我们可以在天安门广场上垂直地竖起一根竿子直抵这块白云,来确定这块白云相对于地球表面的位置,用标准量杆量度这根竿于的长度,结合对这根竿子下端的位置标记,我们就获得了关于这块白云的完整的位置标记.根据这个例子,我们就能够看出位置的概念是如何改进提高的.
（1）我们设想将确定位置所参照的刚体加以补充,补充后的刚体延伸到我们需要确定其位置的物体.
（2）在确定物体的位置时,我们使用一个数（在这里是用量杆量出来的竿于长度）,而不使用选定的参考点.
（3）即使未曾把高达云端的竿子竖立起来,我们也可以讲出云的高度,我们从地面上各个地方,用光学的方法对这块云进行观测,井考虑光传播的特性,就能够确定那需要把它升上云端的竿子的长度.
从以上的论述我们看到,如果在描述位置时我们能够使用数值量度,而不必考虑在刚性参考物体上是否存在着标定的位置（具有名称的）,那就会比较方便.在物理测量中应用笛卡儿坐标系达到了这个目的.
笛卡儿