狭义相对论---相对性原理（狭义）

为了使论述尽可能清楚明确，还是回到匀速行驶中的火车车厢上来。该车厢的运动我们称之为一种匀速平移运动。（“匀速”是因为速度和方向是恒定的，“平移”是因为虽然车厢相对于路基不断改变位置，但在这样的运动中并没有转动）。假设一只大乌鸦在空中飞过，从路基上观察，它的运动方式是匀速直线运动。我们可以用抽象的方式表述说：如果一质点m相对于某坐标系k做匀速直线运动，则该质点m与第二个坐标系k1亦做匀速直线运动。因此，若k为一伽利略坐标系，则每一相对于k做匀速平移运动的坐标系k1亦为伽利略坐标系。相对于k1来说，正如相对于k一样，伽利略-牛顿力学定律也是成立的。如此我们的推论在推广方面就前进了一步：K1是相对于k做匀速运动而无转动的坐标系。自然现象的运行相对于坐标系k1与相对于坐标系k一样依据同样的普遍定律。这称为狭义相对性原理。

只要人们确信一切自然现象都能够借助于经典力学来得到完善的表述，就没有必要怀疑这个相对性原理的正确性。但是由于后来电力学和光学方面的发展，人们越来越清楚地看到，经典力学为一切自然现象的物理描述所提供的基础还是不够充分的。到这个时候，讨论相对性原理的正确性问题的时机就成熟了，而且在当时来说，要否定之否定这个原理并非不可能的事情。

对相对性原理的正确性的一开始就有强有力的论据来支持这两个普遍事实。经典力学虽然对一切物理现象在理论上的表述没有提供一个足够广阔的基础，但经典力学在相当大的程度上是“真理”，这仍然是我们所必须承认的，因为在对天体的实际运动的描述中，经典力学所达到的精确度令人惊奇。因此，如果在力学的领域中应用相对性原理，必然将会达到很高的准确度，一个在物理现象的某一个领域内具有广泛的普遍性和极高准确度的原理，居然在另一个领域中无效，从推理的观点来看是不大可能的。

我们现在来讨论第二个论据，此外，这个论据以后我们还将谈到。如果狭义相对性原理不成立，那么彼此作相对匀速运动的一系列伽利略坐标系k、k1、k2等，对于描述自然现象就非等效。在此情况下，我们不得不相信对自然界定律的表述另有一种特别简单的形式。很明显，这只能在下列条件下才能做到，即我们的参考物体是一切可能有的伽利略坐标系中，对描述自然现象具有优点，并且具有特别的运动状态的坐标系（K）。这样我们就有理由称该坐标系是“绝对静止的”。而所有其它的伽利略坐标系k都是”运动的”。例如，将铁路路基设为坐标系k0，那么火车车厢就是坐标系k。就k于k0成立的定律来说，相对于坐标系k成立的定律远比相对于坐标系k0成立的定律简单。这种定律简单性的递减是由于车厢k相对于k0而言是”真正”运动的。在参照k所表述的普遍的自然界定律中，车厢速度的大小和方向有必然的作用。这正如一个风琴的大小和方向必然是起作用的一样，一个风琴管的轴与运动的方向平行或垂直时，所发出的音调将是不同的。

由于地球在环绕太阳的轨道上运动，因而我们可以把地球比作火车车厢，只不过这节车厢是以每秒大约30公里的速度行驶，如果相对性原理不正确，我们就因而预料到地球的运动方向在任一时刻将随时会在自然界定律中表现出来，而且物理系统的行为也随其相对于地球的空间取向而定。因为公转速度的方向的变化，所以地球不可能相对于假设的坐标系K，处于静止状态。然而最小心仔细的观察也从没显示出地球实际空格（空间）的这种不同方向的物理不等效性，也就是各向异性。这一论据对相对性原理的支持是强有力的。

注：

1.力学：力学是一门独立的基础学科，是有关力、运动和介质(固体、液体、气体和等离子体)，宏、细、微观力学性质的学科，研究以机械运动为主，及其同物理、化学、生物运动耦合的现象。力学是一门基础学科，同时又是一门技术学科。它研究能量和力以及它们与固体、液体及气体的平衡、变形或运动的关系。力学可区分为静力学、运动学和动力学三部分，静力学研究力的平衡或物体的静止问题;运动学只考虑物体怎样运动，不讨论它与所受力的关系;动力学讨论物体运动和所受力的关系。现代的力学实验设备，诸如大型的风洞、水洞，它们的建立和使用本身就是一个综合性的科学技术项目，需要多工种、多学科的协作。

2.公转速度：地球绕太阳的运动，叫作“公转”。地球公转的路线叫作作“公转轨道”，它是近似正圆的椭圆轨道。太阳位于椭圆的两焦点之一。每年1月初，地球离太阳最近，这个位置叫作“近日点”；7月初，地球距离太阳最远，这个位置叫作“远日点”。地球公转的方向与自转的方向相同,也是自西向东。

3.各向异性：物体的全部或部分物理、化学等性质随方向的不同而各自表现出一定的差异的特性，即在不同的方向所测得的性能数值不同。