狭义相对论实验基础(第二版)

目录 前言 **版序 第1章 狭义相对论基础 1 1.1 引言 1 1.2 单程光速与双程光速的关系 4 1.3 同时性定义和惯性系定义 5 1.3.1 牛顿同时性及伽利略变换 6 1.3.2 爱因斯坦同时性定义及爱因斯坦惯性系 8 1.3.3 其他类型的同时性定义及惯性系定义 9 1.4 爱因斯坦狭义相对论 10 1.4.1 狭义相对性原理 10 1.4.2 光速不变原理 10 1.4.3 狭义相对论的洛伦兹变换 11 1.4.4 庞加莱的光速不变性与洛伦兹的洛伦兹变换 16 1.5 四维闵可夫斯基时空 18 1.5.1 闵可夫斯基四维平直时空的基本内容 18 1.5.2 狭义相对论是近代物理学的一大支柱 25 1.6 狭义相对论的主要结论 26 1.6.1 无穷小洛伦兹变换 27 1.6.2 同时性的相对性 29 1.6.3 因果律问题 29 1.6.4 时间膨胀（运动时钟变慢） 30 1.6.5 时钟佯谬（或孪生子佯谬）问题 31 1.6.6 光行差与多普勒频移效应 33 1.6.7 二阶多普勒效应来源于时间膨胀 36 1.6.8 长度收缩 38 1.6.9 尺缩佯谬问题 38 1.6.10 爱因斯坦速度相加定律 39 1.6.11 加速度变换定律 42 1.6.12 质速关系和质能关系 43 1.6.13 质量、动量、能量和力的变换 46 1.6.14 亚光速世界、光速世界、超光速世界和极限速度 48 1.6.15 托马斯进动 49 1.6.16 狭义相对论实验的主要类型 55 参考文献 56 第2章 双程光速不变的狭义相对论 59 2.1 满足双程光速不变原理的光速表达式 59 2.2 爱德瓦兹同时性及其惯性系定义 62 2.3 爱因斯坦同时性与爱德瓦兹同时性之间的关系 63 2.4 双程（回路）光速不变的爱德瓦兹变换 64 2.4.1 爱德瓦兹变换 64 2.4.2 爱德瓦兹变换与洛伦兹变换之间的关系 65 2.5 爱德瓦兹变换与物理实验 67 2.5.1 同时性的相对性和长度收缩 67 2.5.2 爱德瓦兹时间膨胀效应 69 2.5.3 爱德瓦兹速度相加公式 70 2.5.4 速度的互易性问题 71 2.5.5 爱德瓦兹光行差与多普勒频移 72 参考文献 75 第3章 狭义相对论的检验理论 77 3.1 双程光速可变的坐标变换——罗伯逊变换 77 3.1.1 罗伯逊惯性系中光速表达式 79 3.1.2 用新参数表达的罗伯逊变换 81 3.1.3 罗伯逊速度相加公式 82 3.1.4 罗伯逊时间膨胀效应 83 3.1.5 罗伯逊尺缩效应 84 3.1.6 罗伯逊变换的多普勒频移效应 85 3.2 单程-双程光速均可变的坐标变换——曼苏里-塞塞尔坐标变换 86 参考文献 88 第4章 四类变换之间的比对 90 4.1 四类坐标变换之间在数学形式上的关系 90 4.2 四类坐标变换的物理效应之间的比对 92 4.2.1 时间膨胀效应的比对 92 4.2.2 罗伯逊变换的实验检验 93 参考文献 97 第5章 运动介质中的电磁现象 98 5.1 介质中的电磁场方程 99 5.2 电磁场的相对论变换关系和组成关系 100 5.3 电磁波在运动介质中的传播 102 5.4 电磁波的反射和折射 104 参考文献 107 第6章 普罗卡重电磁场 109 6.1 麦克斯韦电磁场方程的四维协变量形式 109 6.2 普罗卡方程 112 6.3 真空光速的色散效应 114 参考文献 115 第7章 狭义相对性原理的实验检验 116 参考文献 117 第8章 光速不变原理的实验检验 119 8.1 光速不变性实验 120 8.1.1 闭合光路实验 120 8.1.2 “单向”光路实验 130 8.1.3 罗默实验 135 8.2 运动光源实验 138 8.2.1 天体光源和实验室宏观光源 138 8.2.2 运动介质实验 143 8.2.3 高速微观粒子的Y射线 148 8.3 小结 153 参考文献 156 第9章 时间膨胀效应实验 161 9.1 运动的时钟变慢效应 161 9.1.1 罗类型实验解释 162 9.1.2 环球航行的原子钟实验 164 9.1.3 飞行介子的寿命增长 167 9.2 二阶多普勒频移效应 170 9.2.1 星载原子钟实验 171 9.2.2 氢的极隧射线实验 173 9.2.3 原子核俘获反应中的丫射线发射 177 9.2.4 基于穆斯堡尔效应的多普勒频移实验 179 9.2.5 运动原子对激光的饱和吸收效应 184 9.3 罗伯逊时间膨胀的检验 184 9.4 小结 186 参考文献 189 第10章 缓慢运动物体的电磁感应实验 193 10.1 单极感应 193 10.2 运动电介质的磁效应 195 10.3 威尔逊-威尔逊实验 197 10.4 菲涅耳拖曳效应 198 10.4.1菲佐实验和塞曼实验 199 10.4.2 横向“拖曳”实验 204 10.4.3 环路莱塞实验 205 10.5 光在平面镜上的反射实验 209 10.6 小结 210 参考文献 211 第11章 相对论力学实验 214 11.1 质量对速度的依赖关系 214 11.1.1 荷电粒子的磁偏转 215 11.1.2 静电磁偏转法 216 11.1.3 回旋加速器的运转 221 11.1.4 其他实验 223 11.1.5 测量飞行时间 224 11.1.6 弹性碰撞 225 11.1.7原子光谱的精细结构 228 11.1.8 小结 229 11.2 质能关系 229 参考文献 234 第12章 光子静质量上限 237 12.1 真空光速的色散效应 237 12.1.1 光速的测定 238 12.1.2 星光到达地球的时间差 238 12.2 对库仑定律的检验 240 12.3 静磁场方法 246 12.3.1 薛定谔外来场方法 247 12.3.2 地磁场随高度的变化 250 12.3.3 偏心偶极子（“垂直电流”效应） 251 12.4 星际等离子体（磁流体力学）效应 252 12.4.1 磁流体力学波 253 12.4.2 星际磁场的耗散效应 255 12.4.3 星际等离子体的不稳定性问题 259 12.5 宇宙磁矢势效应 260 12.6 光线偏折效应 263 12.7 其他方法 264 12.8 小结 265 参考文献 267 第13章 托马斯进动实验 271 13.1 原子光谱的精细结构 271 13.2 电子的g-2因子实验 273 参考文献 277 附录A 爱因斯坦建立狭义相对论的关键一步——同时性定义 278 附录B 狭义相对论洛伦兹变换的推导及其他 288 附录C 为什么说狭义相对论是近代物理学的一大支柱 298 附录D 狭义相对论的两个基本假设一个都不能少 303