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經(jīng)典力學(xué)的基本定律是，牛頓運(yùn)動(dòng)定律或與牛頓定律有關(guān)且等價(jià)的其他力學(xué)原理，它是20世紀(jì)以前的力學(xué)，有兩個(gè)基本假定：

其一是，假定時(shí)間和空間是絕對(duì)的，長(zhǎng)度和時(shí)間間隔的測(cè)量與觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)無關(guān)，物質(zhì)間相互作用的傳遞是瞬時(shí)到達(dá)的；

其二是，一切可觀測(cè)的物理量在原則上可以無限精確地加以測(cè)定，它同時(shí)也是量子力學(xué)和相對(duì)論體系的基石。

經(jīng)典力學(xué)的局限性在許多場(chǎng)合非常準(zhǔn)確。經(jīng)典力學(xué)可用于描述人體、物體的運(yùn)動(dòng)（如陀螺和棒球），許多天體（如行星和星系）的運(yùn)動(dòng)，以及一些微尺度物體（如有機(jī)分子）。在低速運(yùn)動(dòng)的物體中，經(jīng)典力學(xué)非常實(shí)用。在生活中，我們幾乎不會(huì)遇見高速運(yùn)動(dòng)（光速級(jí)別），因此，我們還是會(huì)以經(jīng)典力學(xué)解釋各種現(xiàn)象。但是20世紀(jì)以來，由于物理學(xué)的發(fā)展，經(jīng)典力學(xué)的局限性暴露出來。在高速運(yùn)動(dòng)或極大質(zhì)量物體之間，經(jīng)典力學(xué)就 “ 心有余而力不足”了。這也正是現(xiàn)代物理學(xué)的范疇。之后愛因斯坦提出了相對(duì)論。

相對(duì)論相對(duì)論是關(guān)于時(shí)空和引力的基本理論，也是近代物理學(xué)的基礎(chǔ)，主要由阿爾伯特·愛因斯坦 (Albert Einstein) 創(chuàng)立。依據(jù)研究的對(duì)象不同，分為狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論。經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)，不適用于高速運(yùn)動(dòng)的物體和微觀領(lǐng)域。相對(duì)論解決了高速運(yùn)動(dòng)問題，顛覆了人類對(duì)宇宙和自然的“常識(shí)性”觀念，提出了“時(shí)間和空間的相對(duì)性”“四維時(shí)空”“彎曲空間”等全新的概念。狹義相對(duì)論提出于1905年，廣義相對(duì)論提出于1915年。

相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)：

• 物理規(guī)律在所有慣性系中都具有相同的形式。（相對(duì)性原理，它是說：如果坐標(biāo)系K'相對(duì)于坐標(biāo)系K作勻速運(yùn)動(dòng)而沒有轉(zhuǎn)動(dòng)，則相對(duì)于這兩個(gè)坐標(biāo)系所做的任何物理實(shí)驗(yàn)，都不可能區(qū)分哪個(gè)是坐標(biāo)系K，哪個(gè)是坐標(biāo)系K′。）

• 在所有的慣性系中，光在真空中的傳播速率具有相同的值C。（光速不變?cè)恚钦f：光（在真空中）的速度c 是恒定的，它不依賴于發(fā)光物體的運(yùn)動(dòng)速度。）

洛倫茲變換

經(jīng)典力學(xué)中的速度合成法，實(shí)際依賴于如下兩個(gè)假設(shè)：

• 兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間隔與測(cè)量時(shí)間所用的鐘的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)沒有關(guān)系。

• 兩點(diǎn)的空間距離與測(cè)量距離所用的尺的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。

愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，如果承認(rèn)光速不變?cè)砼c相對(duì)性原理是相容的，那么這兩條假設(shè)都必須摒棄。這時(shí)，對(duì)一個(gè)鐘是同時(shí)發(fā)生的事件，對(duì)另一個(gè)鐘不一定是同時(shí)的，同時(shí)性有了相對(duì)性。在兩個(gè)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系中，測(cè)量?jī)蓚€(gè)特定點(diǎn)之間的距離得到的數(shù)值不再相等，距離也有了相對(duì)性。如果設(shè)K 坐標(biāo)系中一個(gè)事件可以用三個(gè)空間坐標(biāo)x、y、z和一個(gè)時(shí)間坐標(biāo)t來確定，而K′ 坐標(biāo)系中同一個(gè)事件由x′、y′、z′ 和t′ 來確定，則愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，x′、y′、z′和t′可以通過一組方程由x、y、z和t求出來。兩個(gè)坐標(biāo)系的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和光速c 是方程的唯一參數(shù)。這個(gè)方程最早是由洛侖茲得到的，所以稱為洛侖茲變換。

利用洛侖茲變換很容易證明，鐘會(huì)因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)而變慢，尺在運(yùn)動(dòng)時(shí)要比靜止時(shí)短，速度的相加滿足一個(gè)新的法則。相對(duì)性原理也被表達(dá)為一個(gè)明確的數(shù)學(xué)條件，即在洛侖茲變換下，空時(shí)變量x'、y'、z'、t'將代替空時(shí)變量x、y、z、t，而任何自然定律的表達(dá)式仍取與原來完全相同的形式。人們稱之為普遍的自然定律對(duì)于洛侖茲變換是協(xié)變的。這一點(diǎn)在探索普遍的自然定律方面具有非常重要的作用。

時(shí)間與空間的聯(lián)系

此外，在經(jīng)典物理學(xué)中，時(shí)間是絕對(duì)的。它一直充當(dāng)著不同于三個(gè)空間坐標(biāo)的獨(dú)立角色。愛因斯坦的相對(duì)論把時(shí)間與空間聯(lián)系起來了，認(rèn)為物理的現(xiàn)實(shí)世界是各個(gè)事件組成的，每個(gè)事件由四個(gè)數(shù)來描述，這四個(gè)數(shù)就是它的時(shí)空坐標(biāo)t 和x、y、z，它們構(gòu)成一個(gè)四維的剛性連續(xù)時(shí)空，通常稱為明可夫基里平直時(shí)空。

在相對(duì)論中，用四維方式來考察物理的現(xiàn)實(shí)世界是很自然的。狹義相對(duì)論導(dǎo)致的另一個(gè)重要的結(jié)果是，關(guān)于質(zhì)量和能量的關(guān)系。在愛因斯坦以前，物理學(xué)家一直認(rèn)為質(zhì)量和能量是截然不同的，它們是分別守恒的量。愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，在相對(duì)論中質(zhì)量與能量密不可分，兩個(gè)守恒定律結(jié)合為一個(gè)定律。他給出了一個(gè)著名的質(zhì)量-能量公式：E=MC 2，其中c 為光速，于是質(zhì)量可以看作是它的能量的量度。計(jì)算表明，微小的質(zhì)量蘊(yùn)涵著巨大的能量，在后來的核反應(yīng)試驗(yàn)中證明了這一點(diǎn)。