§4.1 狹義相對論中的物質(zhì)
§4.2 狹義相對論力學(xué)的基本規(guī)律--修改后的運(yùn)動(dòng)三定律
4.2.1 質(zhì)點(diǎn)速度v、慣性質(zhì)量m、動(dòng)量m v、力F如何修改
4.2.2 牛頓運(yùn)動(dòng)三定律如何修改
1)、牛頓運(yùn)動(dòng)第二定律的修改
2)、不存在所謂‘質(zhì)速關(guān)系’、‘質(zhì)能關(guān)系’
3)、牛頓運(yùn)動(dòng)第一定律的修改
牛頓原先對運(yùn)動(dòng)第一定律的表述是:任何物體都保持其靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),除非施加外力迫使其改變這種狀態(tài)。
因之在狹義相對論中,修改后的運(yùn)動(dòng)第一定律可表述為:任何質(zhì)點(diǎn)都保持4維
勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),除非施加4維外力迫使其改變這種狀態(tài)。
4維時(shí)-空中的4維勻速直線運(yùn)動(dòng)在3維空間的表現(xiàn)就是:或者保持靜止或者作3維勻速直線運(yùn)動(dòng)。
4)、牛頓運(yùn)動(dòng)第三定律的修改
牛頓原先對運(yùn)動(dòng)第三定律的表述是:每個(gè)作用總有一個(gè)大小相等而方向相反的反作用,或者說,兩個(gè)物體的相互作用總是大小相等而方向相反的。
牛頓運(yùn)動(dòng)第三定律符合超距作用的觀點(diǎn)。所謂超距作用,是指在相隔一段距離的兩個(gè)物體(質(zhì)點(diǎn))之間所存在的直接、瞬時(shí)之相互作用,這種作用不需要媒質(zhì)傳遞,也不需要傳遞時(shí)間。牛頓的引力定律曾被看作是超距作用的典范,由于這個(gè)引力定律在解釋太陽系內(nèi)星體的運(yùn)動(dòng)獲得極大的成功,使超距作用觀點(diǎn)在物理學(xué)中一度處于主導(dǎo)地位。麥克斯韋電磁理論以及赫茲電磁波實(shí)驗(yàn)的成就使得物理學(xué)逐漸建立了場的理論和接觸作用的觀點(diǎn)。愛因斯坦的狹義相對論確立了嶄新的時(shí)空觀,并指出了真空中的光速是一切物理作用傳播速度的極限,從而在整個(gè)物理學(xué)中排除了瞬時(shí)超距作用的可能性。
場的理論的核心思想是認(rèn)為,一方面,物質(zhì)存在的形式或者全為粒子、或者全為場、或者粒子與場同存;另一方面,認(rèn)為粒子之間的相互作用可以這樣來解釋:物質(zhì)粒子可在其周圍產(chǎn)生某種場(如電磁場、弱相互作用場、強(qiáng)相互作用場、引力場等),場又對處于場內(nèi)的另一物質(zhì)粒子施加力的作用。物質(zhì)粒子所受到場的作用力僅由該粒子所在處的場之狀態(tài)決定,與場在其他位置的狀態(tài)無關(guān)。牛頓力學(xué)主要研究全為粒子的物質(zhì)存在形式,全為場的物質(zhì)存在形式留在以后介紹,現(xiàn)在我們來研究粒子與場同存的物質(zhì)存在形式,這是狹義相對論的一個(gè)重要內(nèi)容。
狹義相對論認(rèn)為,物質(zhì)粒子與場之間存在相互作用力,這種相互作用力只發(fā)生在場與物質(zhì)粒子相接觸之處,可稱為接觸相互作用。這種相互作用力是成對的,場有力作用在物質(zhì)粒子上,物質(zhì)粒子也有力作用在場上,這一對力互為作用和反作用,并且它們總是大小相等而方向相反,作用在同一點(diǎn)的。換句話說,這一對相互力符合牛頓運(yùn)動(dòng)第三定律的要求。因之在狹義相對論中,可把運(yùn)動(dòng)第三定律修改為:物質(zhì)粒子與作用場之間的相互作用總是大小相等而方向相反的。下一節(jié)我們即將介紹,應(yīng)用這個(gè)修改的運(yùn)動(dòng)第三定律可以導(dǎo)出狹義相對論中的能量-動(dòng)量守恒定律。
根據(jù)狹義相對論中的能量-動(dòng)量守恒定律可知,當(dāng)物質(zhì)粒子與作用場之間出現(xiàn)相互作用時(shí),必然存在能量、動(dòng)量的傳遞。以后本書還要介紹量子場論的一些結(jié)論,例如,場在量子化后可出現(xiàn)粒子,因而可把能量、動(dòng)量的傳遞解釋為粒子(如光子、膠子等)的傳遞。這樣我們對圖(4.1)就可作下述理解:
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