狭义相对论与时空图

第1章时空图的基本概念和结构

1.1时空图、事件与世界线

1.2时间轴与空间原点

1.3时空图上空间和时间坐标的量纲和单位(c=1)

1.4光速与光锥

1.5匀速运动质点的世界线与参考系的时间轴

1.6相互运动的两个参考系的空间轴

1.7事件在时空图上的坐标

1.8时空图上的两个时空坐标轴之间的关系

1.9确定时空图上的时间坐标标度

1.10一个完整的时空图

1.11两个相对匀速运动参考系时空图的另一种表达

1.12固有时、事件的时间坐标及等时线

1.13固有长度、静止线及空间坐标

第2章时空的相对性

2.1速度的相对性

2.2时间膨胀与空间收缩

2.3同时的相对性

2.4时间变缓

2.5动尺变短(一)

2.6动尺变短(二)

2.7空间收缩的含义

2.8两个相互运动的观察者之间的距离

2.9对称形式的时空图

第3章光速不变原理

3.1时空图上的光速不变

3.2教材中一种关于光速不变原理的图示

3.3时空图上的波前阵面(一)

3.4时空图上的波前阵面(二)

3.5时空图上的波前阵面(三)

3.6用一个事件来描述光的波前阵面

3.7波前阵面的关系的相对性

3.8空间原点发出的周期光脉冲的光

第4章时空图上的洛仑兹变换

4.1光速c=1时的洛仑兹变换

4.2时间轴上事件的洛仑兹变换(一)

4.3时间轴上事件的洛仑兹变换(二)

4.4空间轴上事件的洛仑兹变换(一)

4.5空间轴上事件的洛仑兹变换(二)

4.6时空任意事件的洛仑兹变换由S到S′的变换

4.7时空任意事件的洛仑兹变换由S′到S的变换

4.8时空图上洛仑兹变换的实例

4.9时空图上的速度合成

第5章对钟问题

5.1两组时钟

5.2空间收缩结果下对钟S系同时对钟

5.3在S′系考察对钟事件

5.4计算对钟事件发生时的各时钟时刻

5.5换个参考系看对钟

5.6原时与时间膨胀

5.7对钟结果的相对性

第6章时空图上的几个实例

6.1路基参考系和列车参考系

6.2爱因斯坦的列车与雷击闪电问题

6.3列车、隧道与雷击

6.4介子寿命问题

第7章双生子效应问题

7.1双生子效应问题

7.2地球、飞船、星球之间的旅程和相应的时间关系

7.3洛仑兹收缩，谁收缩了？

7.4飞船起飞时星球上的时钟

7.5飞船到达星球时的时空关系

7.6飞船调头返回的旅程和相应的时间关系

7.7飞船调头后飞回地球所在的参考系

7.8飞船调头返回时的时空关系

7.9飞船飞离后相互拍发贺年电报

7.10飞船返回地球过程中相互拍发贺年电报

第8章时空间隔

8.1时空间隔的概念

8.2任意事件与时空原点事件之间的时空间隔

8.3事件处的光锥与该事件的时空区间

8.4双曲线校准质点的时间和空间

8.5类空间隔和事件的时序

参考文献

　　这是一本用几何工具论述狭义相对论原理及运动学效应的读物。为了能够给出简明准确的时空图，书中采用光速c=1单位制下的洛仑兹变换，以及用光信号来确定两个相对运动参考系坐标之间的标度问题。其中c=1下的洛仑兹变换取材于费恩曼先生的《费恩曼物理学讲义》。用光信号确定两个相互运动的参考系坐标标度之间的关系取材于约翰.C.泰勒的《自然规律中孕育的统一性》。时空坐标有了标度，就不但可以定性地而且可以定量地讨论狭义相对论所涉及的相关问题。时空图的好处是直观、准确，用以解释狭义相对论下的各种运动学效应，既不容易引起歧义，也便于理解。　　这是一本用时空几何图来解释和讨论狭义相对论所依据的原理以及运动学效应的专著。著者避开高深的数学知识，用简明的方式引入时空几何图。全书采用一题一图的形式，按照大学物理教材中狭义相对论的章节安排，用时空几何图论述和解释了相对性原理、光速不变原理和洛仑兹变换，并且用时空图解释了狭义相对论所涉及的所有运动学效应以及课本上常见的例题。　　本书可以作为狭义相对论教学的参考读物，也可以作为物理爱好者的科普读物。