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2002 年 8 月 13 日

什麼是相對論? (43) 相對論力學與牛頓力學
提供者 : 陳輝樺 (AEEA 小組 , NMNS )
圖取材自:EINSTEIN - The Life & Times (Ronald W. Clark)

說明: 20 世紀初愛因斯坦所提出的 「相對論」, 大大地改變了科學家對於時空結構力學系統的概念。 人們從早已熟悉的牛頓力學絕對時空 的「歐基里德幾何」結構、 和飄亮的微積分慣性力學體系的認知中, 突然需要對於「時空」 做重大的量測概念性的改變、 和從事曲面非歐氏幾何結構的認識。 況且在愛因斯坦的「相對論」與牛頓力學的概念衝突時, 觀測的證據總是站在愛因斯坦這邊! 難道是愛因斯坦的「相對論」推翻了久植人心的牛頓力學嗎? 這是眾所質疑的心結,但愛因斯坦說「不!」他只是站在前人的肩上看得更遠罷了。 原來在愛因斯坦「相對論」的曲面時空結構在「局部區域 (Local region)」 時仍可視為平坦的歐氏幾何空間; 當兩慣性座標系間的等速相對移動速度 v 遠小於光速 c 時的極值狀態, 即 β → 0 , γ → 1 , 又可回復到牛頓力學的運算,這種情況稱為「趨於牛噸情況的極限 (Newtonian Limit)」。 換言之,在狹義相對論中僅有在兩 慣性座標系間的移動速度 v 不是遠小於光速 c 時, 相對論性的效果才會明顯地呈現。 而且在廣義相對論中曲面時空的局部區域,又可回復到平坦的狹義相對論結果。 所以,愛因斯坦的「相對論」不是推翻牛頓力學, 而是修正擴大了牛頓力學的適用範圍。你說是嗎?! 我們稍後再介紹! 上圖是為愛因斯坦的狹義相對論特別提供 四維空間的數學結構的 明可士基 (Hermeann Minkowski 1864 - 1909) 像。

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作者與主編 : 陳輝樺 、 王夕堯
諮詢服務: 陳輝樺 (NMNS 國立自然科學博物館)
王夕堯 (NTPU 國立台北大學)
蘇明俊 (NKNU 國立高雄師範大學科教所)

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