近代物理学第三讲狭义相对论将空间、时间统一为一个不可分割的整体，狭义相对论将空间、时间统一为一个不可分割的整体，闵柯夫斯基则用了一个数学上的四维赝欧氏空间（被后人称为闵柯夫斯四维空间）用了一个数学上的四维赝欧氏空间（被后人称为闵柯夫斯四维空间）来完美地描述了这个整体。在这种四维的描述里人们发现，来完美地描述了这个整体。在这种四维的描述里人们发现，物理规律既简洁、优美又丰富、深邃既简洁、优美又丰富、深邃……闵可夫斯基闵可夫斯基（闵可夫斯基（HermannMinkowski，1864－，－1909）出生于俄国的Alexotas(现在变成立陶宛的）现在变成立陶宛的Kaunas)。父亲是一个成功的犹太商人，但是当时。父亲是一个成功的犹太商人，的俄国政府迫害犹太犹太人所以当闵可夫斯基八岁时，的俄国政府迫害犹太人，所以当闵可夫斯基八岁时，父亲就带全家搬到普鲁士普鲁士的哥尼斯堡)父亲就带全家搬到普鲁士的Konigsberg(哥尼斯堡哥尼斯堡定居，和另一位数学家希尔伯特定居，和另一位数学家希尔伯特（Hilbert）的家仅一河之隔。闵可夫斯基有两个哥哥，他是么弟。一河之隔。闵可夫斯基有两个哥哥，他是么弟。大在俄国时因为种族歧视，不能进学校读书，哥Max在俄国时因为种族歧视，不能进学校读书，后来也一直没有受正规教育，后来也一直没有受正规教育，长大后与他父亲一起经商，继承父业成为一个成功的商人。经商，继承父业成为一个成功的商人。二哥就是发现胰岛素和糖尿病关联的著名医学家OscarMinkowski，人称“胰岛素之父”。闵可夫，人称“胰岛素之父”斯基本人则因数学才能出众，早有神童之名，斯基本人则因数学才能出众，早有神童之名，后来更是优秀的数学家他们兄弟三人都十分杰出，数学家。更是优秀的数学家。他们兄弟三人都十分杰出，在Konigsberg曾经轰动一时。曾经轰动一时。曾经轰动一时曾是他的学生。物理学大师Einstein曾是他的学生。闵可夫斯基的主要工作在数论、代数和数学物理上。闵可夫斯基的主要工作在数论、代数和数学物理上。大学任职时，赫兹(Hertz)研在Bonn大学任职时，他就曾协助物理学家赫兹大学任职时他就曾协助物理学家赫兹研电磁波的理论的理论。年以后，究电磁波的理论。1905年以后，他几乎把所有的精力都年以后放在电动力学上。放在电动力学上。1907年，Minkowski体悟到可以用非年体悟到可以用非欧空间的想法来理解洛仑兹洛仑兹（欧空间的想法来理解洛仑兹（Lorentz）和Einstein的工）作，他认为过去一直被认定是独立的时间和空间的概念可以被结合在一个四维的时空结讲中：可以被结合在一个四维的时空结讲中：ds2=c2dt2+dx2+dy2+dz2这种结构后来被称为这种结构后来被称为"Minkowski'sWorld"。据此，同一现象的不同描述能用简单的数学方。据此，式表出。这些工作为狭义相对论提供了骨架。狭义相对论提供了骨架式表出。这些工作为狭义相对论提供了骨架。诺贝尔物曾说，他在Minkowski的数学工作找理奖得主M.Bonn曾说，他在的数学工作找到了“相对论的整个武器库的整个武器库”到了“相对论的整个武器库”。四维时空坐标系的洛伦兹变换爱因斯坦从第二个假设光速不变出发，爱因斯坦从第二个假设光速不变出发，得到一个很重要的结间隔不变性：论——间隔不变性：两个事件的间隔在所有惯性系里都是一间隔不变性样的，即当由一个惯性系变换到任何另一惯性系时，样的，即当由一个惯性系变换到任何另一惯性系时，它是不变的。变的。两个事件的间隔的定义:两个事件的间隔的定义:S=c(t2?t1)?(x2?x1)?(y2?y1)?(z2?z1)222222间隔不变性式。这也是光速不变的数学表示。间隔不变性式。这也是光速不变的数学表示。ry’y∑’v∑分别为同样S、S’分别为同样的两个事件在∑和的两个事件在和∑’系中的间隔。中的间隔。0’0x,x’zz’S′2=S2在宇宙飞船上同时发生的两件事，相距4m。例题在宇宙飞船上同时发生的两件事，相距从地面上看，它们相距5m,试问从地面上看它们相从地面上看，它们相距试问从地面上看它们相隔多少时间？隔多少时间？解两件事情的时空间隔在飞船上为：s=4?0=16m22地面上间隔方程为：2′2=52?(c?t)2ss=s′22可得：?t=10s?8相对论时空结构以第一个事件为空时原点（，，，），），设第二个事件的空时坐标为以第一个事件为空时原点（0，0，0，0），设第二个事件的空时坐标为（x,y,z,t)，这两个事件的间隔为：，这两个事件的间隔为：22222S=ct?x?y?z=ct?r2222式中r为两事