狭义相对论的原理是什么

狭义相对论由爱因斯坦在1905年提出，他在这一理论中给出了对宇宙可观测特性的最详尽的数学描述。由于物理定律的宇宙普适性，无论观测者是处于静止还是运动，宇宙的这些特性对任何观测者来说都是一样的。如果观测者的速度变化（如受引力的影响），那么必然有一个外力作用，他这一情况在爱因斯坦1915年的广义相对论被解释。

狭义相对论有两个指导原则，第一条被称为相对性原则。指出运动不是绝对的，只能是相对于其他物体，例如如果坐在以1000km每小时的速度向西行驶的车上的特技演员攀爬以完全相同速度飞行的飞机上的梯子，飞机相对他就是静止的。

对于站在地面上的观测者来说，车辆和梯子上的人确实是以100千米每小时的速度向西运动的。但是如果同的事件从太阳上或者太阳系中的不受地球引力影响的一点上看，车辆的运动将叠加上地球的自转和它环绕太阳的运动。

前一个观测者相对于地球来测量汽车的运动，后者则相对于太阳观测。但即便是太阳也并不是静止的，如果观测者能够抛开他的引力影响并且再次测量汽车的运动，那么汽车、梯子、飞机、地球和太阳的运动将是相对于我们星系的星系核的。近几年科学家证实了银河系本身也在宇宙中运动，因此根据狭义相对论，宇宙中不可能存在能够用以观测的绝对静止点。

相对性原则也指出，不存在能够给出某人在时间中的绝对运动的实验。攀爬移动中的汽车和飞机间的梯子的度将和他们静止的时候一样。只有外部事件，比如气流能够让车上的人，飞机或者梯子确定车是在运动还是静止的。类似地，在地球上不能感受到地球的转动，这只能通过外部事件作为参照被观测到。

第二条前提假设是，当所有的其他运动都是相对于一个观测点时，光的速度是绝对并且恒定的。世纪90年代的实验表明，不论实验在测量时具有多快的移动速度，光速始终保持不变。爱因斯坦声称他在推导狭义相对论时并没有意料到这一结论。

相对性原理与伽利略变换

爱因斯坦发现两个相对运动中的观测者会得到关于长度、时间、速度、质量、动量和能量的不同观测结果，这些不同随着速度的增大而增大。

这两个原则的另两个重要推论由爱因斯坦得出。第一条是没有任何物体能以超越光速的速度穿过空间，因为在那样的速度下，它的质量将变为无穷大。第二条是质量是能量的体现，当太空飞船速度接近光速，它的质量增加，用以加速的能量会转化为它的质量。这一质量和能量的关系是在爱因斯坦的著名等式E=mc²中得以体现。

相对的火车

为了帮助人们理解相对的含义，爱因斯坦设计了一个思想实验。该实验表明存在这样的情况：完全相同的事件，一位观测者认为是同步事件，而另一位观测者则认为他们不是同时发生的。想象一列火车，一位观测者处在火车的正中间的一节车厢里，而另外一位观测者在地面上。在某个特定时刻，两位观测者面对面的把各自的手表调整到相同的时刻，这时火车正在快速驶过，两人挥手致意。

同时，火车上的两盏灯亮了，其中一盏灯照在火车的车头部分，并在地面上相同的位置留下投影，另一盏灯照在火车的车尾部分。并在地面上相同的位置留下投影，两位观测者记录下这些事件。

在同一时刻，地面上的观测者观察到火车灯光在地面上的两个投影。通过测量两个投影的相互距离，他发现自己恰巧位于他们连线的中点上。由于光的传播速度是恒定的，所以该观测者推断这两个投影是同时发生的事件。换言之，因为两个投影发出的光运动了相同的距离，所以两者的信号同时到达他所在的位置。

然而火车上的观测者则得到了一个完全不同的结论。由于站在火车的中部，来自火车车头部分的光与来自火车车尾部分的光要运动相同的距离才能到达他所在的位置，然而，他首先看到的是火车车头部分的光。稍后才看到了火车车尾部分的光，由于光的传播速度是恒定的，并且两束光运动的距离也是相同的。所以他推断火车车头部位的灯先亮，然后才是火车车尾部位的灯亮。

相对火车的例子表明：时空坐标系的第四位时间坐标，会因为观测者所在参考坐标系的不同而变化。

这怎么可能呢？在地面上观测者看来是同时发生的事件，在火车上的观测者眼中却变成了不同时间发生的事件。其实只要分析火车上那位观测者自身的运动，我们就不难理解整个事件。

在火车车头与车尾部分发出灯光的同时，火车上的观测者也随着火车在一起向前运动。以地面作为参考坐标系，由于观测者的运动，他观测到车头的灯亮时，光的实际运动距离要小于火车长度的一半，而火车车尾部分发出的灯光运动的距离则要大于火车长度的一半。由于光的传播速度是恒定的，导致了火车上的观测者所看到的是两个不同的事件，他会首先观测到来自车头部分的灯光，然后是车尾部分的灯光。

正因如此，爱因斯坦在相对思想方面的早期工作表明，不仅空间不是绝对的，连时间也不是。对时间与空间的观测结果，依赖于观测者所在的参考坐标系。然而，在他的新理论中，爱因斯坦用了一种全新的绝对的概念来表述这些相对思想：相对于任何参考坐标系，光的传播速度是绝对肯定的。所以虽然两位观测者无法在自身是否运动和事件是否同步这些问题上达成一致，但他们对光速的大小是没有意义的。爱因斯坦的新理论显得非常奇怪，但事实上，他关于相对思想的一些预言，如今已经获得了实验的证明。爱因斯坦关于宇宙规律的观点看来是正确。