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| 双生子佯谬 |
双生子佯谬双生子佯谬是一个有关狭义相对论的思想实验。内容是这样的：有一对双生兄弟，其中一个跨上一宇宙飞船作长程太空旅行，而另一个则留在地球。结果当旅行者回到地球后，我们发现他比他留在地球的兄弟更年青。
这个结果是由狭义相对论所推测出的（移动时钟的时间膨胀现象），而且是能够透过实验来验证：我们能够探测到于大气层上层产生的μ介子。如果没有时间膨胀，那些μ介子在未到达地面之前就已经衰变了。
但如果我们从宇宙飞船上的兄弟的角度去想这个问题，我们似乎会得出矛盾的结果：旅行者在宇宙飞船中会看到地球以高速离他而去，然后又高速回来。他可以认为他在地球上的兄弟才是移动时钟，所以是他的兄弟才会受时间膨胀所影响，而不是他自己。狭义相对论指出所有观测者都有同等意义，没有任何一个参考系（frame of reference）是会获得优待的。因此那旅行者会预期回到地球后会看见比他更年青的双生兄弟，但这就与他兄弟的想法恰好相反──那么究竟谁的想法才是正确呢？
结果是旅行者的期望是错误的：狭义相对论并没有说所有观测者都都有同等意义，而是只有在惯性系中的观测者（即没有进行加速运动的观测者）才有同等的意义。但宇宙飞船在旅途中亳无疑问是至少加速过一次的，所以旅行者并不是惯性系。反之，留在地球上的兄弟在整个航程中都是在惯性系之中（如果我们忽略源自地球质量及移动所带来的相对较小的加速度），所以他能够把他跟他兄弟分辨开来。
有些人在解决这吊诡时会认为狭义相对论并不能够用于加速中的物体，而只可使用广义相对论，这是不正确的。举个例说，该对双生兄弟的年龄是可以借着求时空间隔（spacetime interval）在他们任何一个惯性系中所行走的时空路径（这些路径被称为世界线（worldlines））上的积分来准确地计算出来的。近似的方法可以用来计算一加速中的宇宙飞船的相对性行为（参看相对性火箭）。狭义相对论唯一不适用的情况是当重力的影响是不能被忽略的时候，这时我们就真的需要用到广义相对论。
Category:相对论
category:謬誤
ja:双子のパラドックス
狭义相对论狭义相对论(Special Relativity)是主要由爱因斯坦创立的时空理论，是对牛顿时空观的改造。
历史背景
到19世纪末，以麦克斯韦方程组为核心的经典电磁理论的正确性已被大量实验所证实，但麦克斯韦方程组在经典力学的伽利略变换下不具有协变性。而经典力学中的相对性原理则要求一切物理规律在伽利略变换下都具有协变性。为解决这一矛盾，物理学家提出了“以太假说”，即放弃相对性原理，认为麦克斯韦方程组只对一个绝对参考系（以太）成立。根据这一假说，由麦克斯韦方程组计算得到的真空光速是相对于绝对参考系（以太）的速度；在相对于“以太”运动的参考系中，光速具有不同的数值。但斐索实验和迈克耳逊－莫雷实验表明光速与参考系的运动无关。为说明这一实验结果，洛仑兹把伽利略变换修改为洛仑兹变换，但不能对此做出合理的解释。
爱因斯坦意识到伽利略变换实际上是牛顿经典时空观的体现，如果承认“真空光速独立于参考系”这一实验事实为基本原理，可以建立起一种新的时空观（相对论时空观）。在这一时空观下，由相对性原理即可导出洛仑兹变换。1905年，爱因斯坦发表“论动体的电动力学”，建立狭义相对论。
基本假设
- 光速不变原理:真空中的光速独立于惯性参考系的选择，也与光源的运动无关。
- 狭义相对性原理:物理定律在一切惯性参考系中的形式都是一样的。
主要内容
狭义相对论，是只限于讨论惯性系情况的相对论。牛顿时空观认为空间是平直的、各向同性的和各点同性的的三维时空，时间是独立于空间的单独一维（因而也是绝对的）。狭义相对论认为空间和时间并不相互独立，而是一个统一的四维时空整体，并不存在绝对的空间和时间。在狭义相对论中，整个时空仍然是平直的、各向同性的和各点同性的，这是一种对应于“全局惯性系”的理想状况。狭义相对论将真空中光速为常数作为基本假设，结合狭义相对性原理和上述时空的性质可以推出洛仑兹变换。
实验验证
- 横向多普勒效应实验
- 高速运动粒子寿命的测定
- 携带原子钟的环球飞行实验
参见
- 相对论
- 广义相对论
category:相对论
ja:特殊相対性理論
ko:특수 상대성 이론
simple:Special relativity
参考系参考系（参照系）就是描述一系統在空間中运动的參考座標系統。
机械运动所研究的是物体的位置变动，而这种位置变动只有相对于特定的物体或者物体系而言才有意义。而这种特定的物体或物体系就叫做参照物，与之相固连的三维空间叫作参照空间。在参照空间内研究物体的运动还需要一组与三维空间相固连的坐标与与之对应的用来确定物体位置的坐标。除此之外，还要有一个用于计时的钟。我们将参照物，参照空间与钟统称参照系。但是通常习惯下只将参照物称为参照系。而参照空间与钟为不特别指出而默认的辅助参照系。
Category:经典力学
Category:相对论
广义相对论广义相对论(General Relativity)是爱因斯坦于1915年建立的几何化引力理论，是对万有引力定律的改造，及對狹義相對論的引申和擴展。将广义相对论应用于宇宙本身，导致了现代宇宙学的诞生。
背景
基本假设
- 等效原理：引力和惯性力是完全等效的。
- 广义相对性原理：物理定律的形式在一切参考系都是不变的。
主要内容
爱因斯坦提出“等效原理”，即引力和惯性力是等效的。这一原理建立在引力质量与惯性质量的等价性上。根据等效原理，爱因斯坦把狭义相对性原理推广为广义相对性原理，即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。物体的运动方程即该参考系中的测地线方程。测地线方程与物体自身固有性质无关，只取决于时空局域几何性质。而引力正是时空局域几何性质的表现。物质质量的存在会造成时空的弯曲，在弯曲的时空中，物体仍然顺着最短距离进行运动(即沿着测地线运动——在欧氏空间中即是直线运动)，如地球在太阳造成的弯曲时空中的测地线运动，实际是绕着太阳转，造成引力作用效应。正如在弯曲的地球表面上，如果以直线运动，实际是绕着地球表面的大圆走。
引力是时空局域几何性质的表现。虽然广义相对论是爱因斯坦创立的，但是它的数学基础的源头可以追溯到欧氏几何的公理和数个世纪以来为证明欧几里德第五公设（即平行线永远保持等距）所做的努力，这方面的努力在罗巴切夫斯基、Bolyai、高斯的工作中到达了顶点：他们指出欧氏第五公设是不能用前四条公设证明的。非欧几何的一般数学理论是由高斯的学生黎曼发展出来的。所以也称为黎曼几何或曲面几何，在爱因斯坦发展出广义相对论之前，人们都认为非欧几何是无法应用到真实世界中来的。
在广义相对论中，引力的作用被“几何化”——即是说：狭义相对论的闵氏空间背景加上万有引力的物理图景在广义相对论中变成了黎曼空间背景下不受力(假设没有电磁等相互作用)的自由运动的物理图景，其动力学方程与自身质量无关而成为测地线方程：
而万有引力定律也代之以爱因斯坦场方程：
实验验证
- 水星近日点反常进动
- 光线偏折
- 雷达回波延迟
- 引力红移
参见
- 相对论
- 狭义相对论
category:相对论
ja:一般相対性理論
ko:일반 상대성 이론
simple:General relativity
th:ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป
重力
重力是绕星球作圆周运动的物体所受的一个力，符号是G，单位是牛顿。重力作用于物体的重心，方向竖直向下。重力常与万有引力混淆，但它实际上是物体受万有引力的一个分力，它与物体所受向心力的矢量和是万有引力。
重力的定义式为G=mg，其中m为物体质量，g是重力加速度的大小，具体值与所在地点有关。在地球上，g的平均值为9.80665N/kg。在不要求十分精确的情况下可取g=10N/kg。
Category:经典力学
Category:相对论
Category:物理学
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