狭义相对论的基本原理

牛顿绝对时空观

1. 空间是处处均匀的、各向同性的三维欧几里得空间，空间与物质的运动没有任何联系，空间中任意两点间的距离是一个与观测者所在参考系无关的绝对量，即空间长度是绝对的
2. 时间是从过去、现在到将来均匀地流逝着的，在整个宇宙，时间是划一的，也与物质的运动无关，两个事件之间的时间间隔不随参考系的改变而改变，即时间间隔也是绝对的
3. 空间与时间各自独立存在，是物体运动的基础，是第一位的，而物体运动在它们的框架内进行，是第二位的。

牛顿力学的这种对时间和空间的认识被称为牛顿绝对时空观。

伽利略变换

$$\begin{array}{rl}{x}^{\prime }& =x-ut\\ y^{\prime }& =y\\ z^{\prime }& =z\\ t^{\prime }& =t\end{array}$$$$\begin{array}{rl}{v}_x^{\prime }& =v_x-u\\ v_y^{\prime }& =v_y\\ v_z^{\prime }& =v_z\end{array}$$

即

$${\mathit{v}}^{\prime }=\mathit{v}-\mathit{u}$$

对时间求导

$${\mathit{a}}^{\prime }=\mathit{a}$$

力学相对性原理

牛顿定律在任何惯性参考系中都成立，这就是力学相对性原理。

根据伽利略变换，有

$$m=m^{\prime }\mathit{a}={\mathit{a}}^{\prime }$$

即

$$\mathit{F}={\mathit{F}}^{\prime }$$

可见，伽利略变换也同样反映了力学相对性原理。

迈克尔逊-莫雷实验

迈克尔逊-莫雷实验是为了检验以太的存在。实验结果表明，光速在不同方向上都是相同的，这与以太的存在相矛盾。

当 $l=10\mathrm{m}$ 时，干涉条纹将移动 $0.37$ 条。但实验结果并没有看到预期的条纹移动。

爱因斯坦相对性原理

物理定律在所有惯性系中都具有相同的数学表达形式，即对包括电磁规律在内的所有物理规律，不同惯性系都是等价的，不存在任何特殊的惯性系（比如以太参考系）。这就是爱因斯坦相对性原理。

爱因斯坦光速不变原理

在所有惯性系中，光在真空中的传播速率都等于 $c$ 。也就是说，无论光源和观察者在真空中如何运动，无论光的频率是多少，测得的光速都相等。这就是爱因斯坦光速不变原理。

爱因斯坦正是在 光速不变原理 这一基本假设的基础上，推导得到了 同时性的相对性 这一狭义相对论中最本质的时空效应，并在此基础上得到了反映狭义相对论时空观的洛伦兹变换。

爱因斯坦认为， 相对性 是自然界的根本规律，这也是狭义相对论的实质，是对力学相对性原理的发展。

他认为，物质运动是客观的、第一位的；时间、空间与物质运动紧密相连，可随着物质运动的不同而变化，是第二位的。