洛伦兹变换是一个“时空转动”?《张朝阳的物理课》复习洛伦兹变换的推导

四维速度与四维动量是怎样的?如何通过四维动量来理解质能关系?7月15日中午12时,《张朝阳的物理课》第七十一期开播,搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇直播间,先给网友们复习了怎么借助伪转动快速推导出洛伦兹变换公式,然后介绍四维矢量,并构造出了四维速度与四维动量。最后,张朝阳还介绍了如何通过四维动量来理解质能关系。

课程伊始,张朝阳先借助两个相对运动的参考系,分析如果时间流逝不依赖于参考系的话,那么可以获得比已知速度更大的运动速度,从而导致速度不存在上限。张朝阳介绍,世界上的物质、信息传递是存在最大速度的,即使是以前认为能够瞬时传递的引力相互作用也被证实了是以光速传递的。因此,时间必定不能独立于参考系而存在,时间的流逝依赖于参考系的选取。

随后,张朝阳复习了上一次直播课的内容:通过引入虚数,将参考系坐标变换的不变量表示成旋转不变量的形式,从而借助“伪转动”成功得到洛伦兹变换的表达式。在此表达式的基础上,展示了当宇宙最大速度趋向于无穷大时,洛伦兹变换退化成伽利略变换,由此可见经典力学只是狭义相对论的低速极限。

最后,张朝阳介绍了四维矢量的定义与性质,并构造出了四维速度与四维动量,它们分别是三维速度与三维动量在四维时空的推广。借助四维动量的不变量,得到了一个等式。再假设了一些动力学的性质之后,成功说明了这个等式实际上就是能量与动量、粒子质量的关系,并得到了质能关系E=mc^2。

截至目前,《张朝阳的物理课》已直播七十余期,内容丰富、覆盖广泛,理论公式由浅入深、繁简交融。从去年11月开启第一节物理直播课,他先是从经典物理学开始,科普了牛顿运动定律等;而后从经典物理的“两朵乌云”说起,向近现代物理过渡,探讨了黑体辐射理论中的维恩公式、普朗克公式等知识。此后逐步进入量子力学领域,从基础的薛定谔方程等理论内容,到氢原子波函数,再到气体定容比热的温度阶梯,并顺势讲解了热力学定律。接着回到了经典物理,推导出飞船运行轨迹,估算太阳的结构与性质以及中子星的自转速度,随后讲解了陀螺的进动,还计算出月球的潮汐高度。现在逐渐开始使用一些新的数学工具分析狭义相对论,为进一步讲解广义相对论做准备。

《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜:注重推导,通过一步一步详尽的数学计算,推导出相关的物理公式,把每个公式从头到尾拆解得十分清晰。

据了解,《张朝阳的物理课》于每周周五、周日中午12时在直播,网友可以在“关注流”中搜索“张朝阳”,观看直播及往期完整视频回放;关注“张朝阳的物理课”账号,查看课程中的“知识点”短视频;此外,还可以在搜狐新闻APP的“搜狐科技”账号上,阅览每期物理课程的详细文章。

除了《张朝阳的物理课》外,在直播方面,正持续打造知识直播平台,邀请各个科学领域的头部播主入驻,进行科普知识直播。包括中国运载火箭技术研究院专家钱航,直播讲述航空航天事业发展史;北京交通大学理学院教师陈征博士线上开课“奇趣的科学实验”;中国科学院基因组学博士、元码基因创始人田埂讲解基因组学与生活的紧密联系;天体物理博士刘博洋科普“日全食是怎么产生的”等。未来还将有更多知识播主入驻,一起互动玩转科学。

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