【相对论与引力】洛伦兹变换联系不同惯性系的时空坐标

狭义相对论以惯性系等价和真空光速不变为基础。不同惯性观察者对同时性的判断可能不同。同时性的相对性依赖事件的空间分离。时间膨胀使相对运动时钟的比较呈现差异。长度收缩发生在相对运动方向的长度比较中。长度收缩并不意味着物体受到机械挤压。固有时间沿物体自身世界线积累。

时空曲率与物质能量的分布存在联系。测地线描述自由粒子在弯曲时空中的运动。强引力环境中的钟通常比远处的钟走得慢。引力红移反映光在不同引力环境间的频率变化。光经过大质量天体附近时传播路径会偏转。引力透镜可以放大或扭曲远处天体的图像。水星近日点进动为广义相对论提供检验线索。引力波是时空扰动向外传播的一种形式。

世界线表示物体在时空中的运动历史。时空间隔为不同惯性观察者提供共同不变量。洛伦兹变换联系不同惯性系的时空坐标。低速极限下洛伦兹变换近似伽利略变换。速度合成不能在高速条件下简单算术相加。有静质量粒子无法通过有限能量加速到光速。光子没有静质量但携带能量与动量。能量增加不一定意味着粒子静质量发生变化。

相对论动量随速度增加呈现非经典关系。双生子效应涉及两条不同世界线的固有时间。双生子问题不能忽略旅行者运动过程的不对称。广义相对论将引力描述为空间时间的几何效应。等效原理联系局部引力效应与加速参考系。自由下落观察者在局部可以消除均匀引力效应。潮汐效应无法在有限区域内完全用换系消除。