洛倫茲變換是什麼,什麼是伽利略變換 什麼是洛倫茲變換

2022-05-14 18:19:23 字數 5213 閱讀 7467

1樓:匿名使用者

lorentz transformation狹義相對論中關於不同慣性系之間物理事件時空座標變換的基本關係式。設兩個慣性系為s系和s′系,它們相應的笛卡爾座標軸彼此平行,s′系相對於s系沿x方向運動,速度為v,且當t=t′=0時,s′系與s系的座標原點重合,則事件在這兩個慣性系的時空座標之間的洛倫茲變換為x′=γ(x-vt),y′=y,z′=z,t′=γ(t-vx/c2),式中γ=(1-v2/c2)-1/2;c為真空中的光速 。不同慣性系中的物理定律必須在洛倫茲變換下保持形式不變。

在相對論以前,h.a.洛倫茲從存在絕對靜止以太的觀念出發,考慮物體運動發生收縮的物質過程得出洛倫茲變換。

在洛倫茲理論中,變換所引入的量僅僅看作是數學上的輔助手段,並不包含相對論的時空觀。愛因斯坦與洛倫茲不同,以觀察到的事實為依據,立足於兩條基本原理:相對性原理和光速不變原理,著眼於修改運動、時間、空間等基本概念,重新匯出洛倫茲變換,並賦予洛倫茲變換嶄新的物理內容。

在狹義相對論中,洛倫茲變換是最基本的關係式,狹義相對論的運動學結論和時空性質,如同時性的相對性、長度收縮、時間延緩、速度變換公式、相對論多普勒效應等都可以從洛倫茲變換中直接得出。

2樓:合小賓

數學上有一個洛倫茲定理,兩式相除的極限,若分子分母在所給的條件下都趨近與零或無窮,那麼該極限的值等於分子在該點的導數比上和分母在該點的導數

3樓:匿名使用者

關於時間空間的一個變換公式,是洛倫茲根據實驗得出的,狹義相對論給出瞭解釋.

什麼是伽利略變換? 什麼是洛倫茲變換?

4樓:傾蓋如故

伽利略變換是經典力學中用以在兩個只以均速相對移動的參考系之間變換的方法,屬於一種被動態變換。伽利略變換明顯成立的公式在物體以接近光速運動時、亦或者是電磁過程不會成立,這是相對論效應造成的。

洛倫茲變換(lorentz transformation)是狹義相對論中兩個作相對勻速運動的慣性參考系(s和s′)之間的座標變換,  是觀測者在不同慣性參考系之間對物理量進行測量時所進行的轉換關係,在數學上表現為一套方程組。洛倫茲變換因其創立者——荷蘭物理學家h·洛倫茲而得名。

擴充套件資料

伽利略變換建基於人們加減物體速度的直覺。在其核心,伽利略變換假設時間和空間是絕對的。

這項假設在洛倫茲變換中被捨棄,因此就算在相對論性速度下,洛倫茲變換也是成立的;而伽利略變換則是洛倫茲變換的低速近似值。

伽利略變換與牛頓的絕對時間、絕對空間的概念有關。這裡所謂絕對是指長度的量度與時間的量度均與參考系的運動或參考系的選擇無關。

現代物理學中,電、磁、光學現象所符合的相對性原理與伽利略變換髮生了尖銳的矛盾,因此在狹義相對論中修改了絕對時空的概念,空間和時間遵從洛倫茲變換。

5樓:匿名使用者

在同一時刻,同一物體的座標從一個座標系變換到另一個座標系,叫做座標變換.聯絡這兩組座標的方程,叫做座標變換方程.

設兩個慣性參考系 和 ,參考系 ,設時刻 時,兩座標系的座標原點 與 重合,則某一空——時點 的座標變換方程是:�

或 叫做伽利略座標變換方程

這個變換方程已經對時間、空間性質作了某些假定.這些假定主要有兩條:

第一,假定了時間對於一切參考系都是相同的,即假定存在著與任何具體參考系的運動狀態無關的同一的時間,表現為 .既然時間是不變的,那麼,時間間隔在一切參考系中也都是相同的,即時間間隔與參考系的運動狀態無關.時間是用鍾測量的數值,這相當於假定存在不受運動狀態影響的時鐘.

第二,假定了在任一確定時刻,空間兩點間的長度對於一切參考系都是相同的,也就是假定空間長度與任何具體參考系的運動狀態無關.

經典力學時空觀(絕對時空觀):

牛頓說:「絕對的、真正的和數學的時間,就其本質而言,是永遠均勻地流逝著,與任何外界事物無關」,「絕對空間,就其本質而言,是與任何外界事物無關的,它永遠不動、永遠不變」.

按照這種觀點,時間和空間是彼此獨立的,互不相關,並且不受物質和運動的影響.這種絕對時間可以形象地比擬為獨立的不斷流逝著的流水;絕對空間可比擬為能容納宇宙萬物的一個無形的、永不動的容器.

伽利略變換是絕對時空觀的數學表述.�

伽利略速度變換法則,

加速度變換關係為 ,即

在所有慣性系中,加速度是不變數.�

洛倫茲變換

lorentztransformation

狹義相對論中關於不同慣性系之間物理事件時空座標變換的基本關係式。設兩個慣性系為s系和s′系,它們相應的笛卡爾座標軸彼此平行,s′系相對於s系沿x方向運動,速度為v,且當t=t′=0時,s′系與s系的座標原點重合,則事件在這兩個慣性系的時空座標之間的洛倫茲變換為x′=γ(x-vt),y′=y,z′=z,t′=γ(t-vx/c2),式中γ=(1-v2/c2)-1/2;c為真空中的光速。不同慣性系中的物理定律必須在洛倫茲變換下保持形式不變。

在相對論以前,h.a.洛倫茲從存在絕對靜止以太的觀念出發,考慮物體運動發生收縮的物質過程得出洛倫茲變換。

在洛倫茲理論中,變換所引入的量僅僅看作是數學上的輔助手段,並不包含相對論的時空觀。愛因斯坦與洛倫茲不同,以觀察到的事實為依據,立足於兩條基本原理:相對性原理和光速不變原理,著眼於修改運動、時間、空間等基本概念,重新匯出洛倫茲變換,並賦予洛倫茲變換嶄新的物理內容。

在狹義相對論中,洛倫茲變換是最基本的關係式,狹義相對論的運動學結論和時空性質,如同時性的相對性、長度收縮、時間延緩、速度變換公式、相對論多普勒效應等都可以從洛倫茲變換中直接得出。

6樓:

伽利略變換的完美證明

摘要:愛因斯坦在創立相對論之初,對牛頓力學中使用伽利略變換研究慣性系理論提出了質疑,理由是:伽利略變換中預設了兩慣性系採用相同的時間標準即t』 =t,如果沒有這個預設,就會有t』≠t,於是愛因斯坦提出並證明了另一個變換即洛侖茲變換,作為否定和替代伽利略變換的唯一正確的變換。

愛因斯坦對牛頓力學的指責一直成為牛頓力學的隱痛,成為人們懷疑牛頓理論的出發點,也成為相對論的立足點。本文證明了滿足慣性系平權原理的變換隻有伽利略變換,在伽利略變換中,t』=t可以被證明,從而消除了蒙在牛頓力學上的陰影。

愛因斯坦用其光速不變假設證明了洛侖茲變換,並得到了一個錯誤結論即「光速是最大速度」,這一錯誤結論深刻地印在了接觸和學習相對論的人們的意識裡。人們普遍認為在相對論裡或在物理學裡,討論大於光速c的速度是沒有意義的,一些認識到相對論是一個荒謬理論的人也總是試圖尋找一種超光速運動粒子以期得到相對論的反證據,這些錯誤觀念都是對洛侖茲變換及相對論盲目接受而造成的。我在《洛侖茲變換的困難》一文中論證了洛侖茲變換中的速度可以大於光速以至於無窮大,洛侖茲變換與伽利略變換的區別不在於它們所使用的速度的有限與無限,而在於粒子在一個慣性系中的速度趨於無限時,它在另一個慣性系中的速度有限還是無限。

如果粒子在一個慣性系中的速度趨於無窮大,而在另一個慣性系中的速度趨於一有限值,就得到洛侖茲變換,顯然這一條件違反慣性系平權原理。如果粒子在一個慣性系中的速度趨於無窮大,而在另一個慣性系中的速度也趨於無窮大,就得到伽利略變換,下面使用這一極限條件給出伽利略變換的嚴格證明。

設慣性系k』(x』,y』,z』,t』)沿慣性系k(x,y,z,t)的x軸正向以速度u=(u,0,0)勻速運動,自慣性系k到慣性系k』的正交線性變換為a=(aij) (i,j=1,2,3,4),即

(x』,y』,z』,t』)=(x,y,z,t)a ①

令r=(x,y,z),r』=(x』,y』,z』),a11=(aij) (i,j=1,2,3),a12=(ai4) (i=1,2,3),a21=(a4j) (j=1,2,3),a22=(a44), 則由k到k』的線性變換可改寫為

r』=ra11+ta21,t』=ra12+ta44 ②

於是dr』/dt』=((dr/dt)a11+a21)/((dr/dt)a12+a44)

令dr/dt=v,dr』/dt』=v』,則v、v』分別表示運動粒子在k與k』系中的速度,上式可改寫為

v』=(va11+a21)/(va12+a44) ③

滿足上述速度變換的初始條件有(1)洛侖茲變換與伽利略變換的公共條件:「v』=0,v=u」與「v=0,v』=–u」;(2)滿足伽利略變換的極限條件:|v|→∞時,|v』|→∞。

將條件(2)代入,並令v/|v|=v0得

|v』|=|(v0a11+a21/|v|)/(v0a12+a44/|v|)|=|v0a11/v0a12|=∞ (|v|→∞)

上式成立,必有a12』=0=(0,0,0) [注1],於是③式變為

v』=va11/a44+a21/a44 ④

再將條件(1)代入④式,得

ua11/a44+a21/a44=0,a21/a44=–u

由此得a21=–ua11,a21 =–ua44

由於u=(u,0,0),代入上式便得a12=a13=a42=a43=0,a41=–a11u, a44=a11,再由a12』=(0,0,0)得a14=a24=a34=0,代入④式,並令v=(vx,vy,vz),v』=(vx』,vy』,vz』),便得

(vx』,vy』,vz』)=(a11(vx–u)+a21vy +a31vz,a22vy +a32vz,a23vy +a33vz)/a11 ⑤

由於對於vx』=0的點,vx =u,代入便得a21=a31=0;對於vy =0的點,vy』 =0,代入便得a32=0;對於vz =0的點,vz』 =0,代入便得a23=0,於是有

a12=a13= a14= a21=a23=a24= a31=a32=a34=a42=a43=0,a41=–a11u,a44=a11

將上述條件代入①式得

(x』,y』,z』,t』)=(x,y,z,t)a=(a11(x–ut),a22y,a33z,a11t) ⑥

又當t=0時,k與k』兩慣性系重合,故當t=0時,有x』=x,y』=y,z』=z [注2] ,代入⑥式便得a11=a22=a33=1,這樣就得到了伽利略變換為

(x』,y』,z』,t』)=( x–ut,y,z,t) 證畢。

[注1] a12』表示a12的轉置。

[注2]顯然這一條件是相對論所不容許的,但其合理性是不容置疑的。如果在式⑥中直接代入洛侖茲變換證明中的假定a22=a33=1,或根據洛侖茲變換證明中使用的慣性系平權原理:自k』繫到k系的線性變換為a(-u),且a(u)a(-u)=e,亦能得到a11=a22=a33=1,從而得到伽利略變換,恕不贅述。

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