洛倫茲變換能不能用勾股定理推導?

時間 2021-06-02 21:08:42

1樓:080617

可以。但要做完整的推導可能並沒有想象中容易。

如圖,參考係K'相對K以勻速v沿+x方向運動,座標軸重合時設為二者的零時刻。分別在K和K'中觀察同一事件,其時空座標記為 和 。現在來尋找這兩個座標的變換關係。

易知這個座標變換不改變y和z,只需考慮x和t 。此外這個變換應該是線性的,我們據此設出 到 的變換式:

題目中提到的推導方法的基本思路是,構造乙個特殊的事件,用它定出係數A,B,C,D。為了實現這個目的,設想K'原點安裝有一光源,在K'系中,光源於零時刻向y'軸的定點P發射一束光。在K'系中看,若光經過時間到達P點,則「光到達P點」這一事件的時空座標為 。

在K系中看,光是沿上圖紅色路徑到達P點,記經歷的時間為 ,則「光到達P點」這一事件的時空座標。利用勾股定理可求出光走過的距離 ,按照光速不變原理,K系中光速也為c,於是有

引入洛倫茲因子則 可簡寫為。這樣「光到達P點」這一事件在K'中的時空座標又可寫為。

現在我們知道,存在乙個事件 ,它在座標變換下會變為 ,即

由此得 , 。原變換式轉化為:

為了確定A、C,我們再把光源和P點固定到K系中。在K系中,事件「光到達P點」的時空座標 。

在K'中,設光到達P點經歷的時間為 。與之前類似,我們有:

因此K'中,事件「光到達P點」的時空座標為 。把這兩個座標代入(1)、(2)式,得

求出 , 。把A、C代入(1)和(2),得到

上面的式子就是洛倫茲變換式。其中第二個式子與我們熟知的形式不同,我們只要在等號右邊提出乙個 ,即

這就是我們熟知的形式。

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