第一百六十一章 （无知时间线，粒子）（1 / 2）

第168章 （无知时间线，粒子）

4.在粒子的瞬时局域惯性系，粒子静止，观测到的粒子能量最小，但不一定等于零；换言之，粒子具有静止能量（固有能量）

。

现在定义一个物理量

将

的定义式代入功能关系，有

该式在牛顿力学（相对论低速近似）就是动能定理。

据此，称

为相对论动能。

（2）电动力学

电动力学的基础是麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式。

麦克斯韦方程组是：

在洛伦兹变换下，可以验证，该方程组天生是协变的，无需修改；但是，引入电磁场张量（一个洛伦兹张量）替换掉电场和磁场后可以更方便地看出其协变性

检查等式各项的洛伦兹指标，可知麦克斯韦方程组具有洛伦兹协变性。

带电粒子单位体元内（粒子的体元由粒子的瞬时惯性系测量，一般称为固有体元[1]，粒子的电荷和固有体元都是洛伦兹标量）在外电磁场中受到的洛伦兹力密度为：

该式就是洛伦兹力公式的四维表示，显然是协变的。

我们只是将洛伦兹力公式和麦克斯韦方程组写成了张量方程式，并没有修改两者，这说明电动力学是天生洛伦兹协变的。这是很自然的事情，因为狭义相对论的两大基本原理建立在电磁理论符合相对性原理的前提上[1][6]。一个惯性系的观测者仅测得电场而无磁场，相对其匀速运动的另一观测者却可能测得磁场的存在。狭义相对论解释了这一现象，电场和磁场是同一个统一客体-电磁场的不同侧面[6]。

补充:

1.关于麦克斯韦方程组的协变性

这需要两个假设：

是洛伦兹四矢量以及

是洛伦兹张量。

2.关于

和

可构成一个洛伦兹四矢量

这是一个假设[1]。

3.关于

是一个洛伦兹张量

定义三维矢势

和标势

假设

和

构成一个洛伦兹四矢量

，那么

可见

是一个洛伦兹张量，这基于一个假设：

和

构成一个洛伦兹四矢量

[1]。

实验检验

对狭义相对论两个基本原理的检验

相关的实验有:对光速各向同性的检验[7-9]、由实验约束光子静止质量上限[10][11]、检验光速与光源速度是否有关[12]等。

时间膨胀的检验

相关高精细的实验有很多，如利用快速光学原子钟[13]或利用穆斯保尔效应的高精度谱分辨率[14][15]等检验时间膨胀；在可接受的误差范围内，实验结果与狭义相对论都是一致的。

检验横向多普勒效应

假设光源发射光信号的固有频率（在光源的静止惯性系检测的频率）为

，一个相对光源以速度

运动的观测者接收到的光信号频率为

，观测者的速度方向和光源运动方向的夹角为

。在狭义相对论中，光源的多普勒效应（doppler effect）可表示为

注意到

即使光源横向运动，观测者也将收到红移（red shift）的光信号，这是在牛顿力学中不可能发生的。验证横向多普勒效应是对狭义相对论的有力检验之一[16][17]。

洛伦兹不变性的检验

扰动标准模型的拉格朗日量，使其对洛伦兹不变性有一个微小的偏离后，将会产生新的宇宙射线物理学和中微子物理学现象。相关的高能实验能对其作出检验[18]。

极限速度的检验

因果律和狭义相对论要求信号的极限速度为