狹義相對論簡介（Special Relativity）

狹義相對論簡介（Special Relativity）
國立臺中女子高級中學物理科陳正昇老師/國立彰化師範大學物理學系吳仲卿教授責任編輯

狹義相對論是1905年愛因斯坦在一篇名為「論運動體的電動力學」的論文中所提出的物理理論。在這一篇論文中愛因斯坦重新思考了在物理學中關於空間與時間的概念以及這兩者之間的關係，並將本來僅適用於牛頓力學中的伽利略相對性原理擴充到電磁學的領域，也就是讓馬克士威的電磁方程式對不同的慣性座標系具有相同的形式。

狹義相對論有兩個基本假設：第一是光速不變原理，即在真空中所有的慣性座標系的觀察者所量到的光速都是一樣的，其值皆等於299792458 m/s，這就是說不論觀察者正在接近光源或遠離光源，所量到的光速皆相等。第二假設是相對性原理，即在所有慣性座標系中，物理定律應該具有相同的表達形式，這是對古典力學相對性原理的推廣，它應該適用於一切的物理定律，而其本質是指所有慣性座標系都是等價的。

從狹義相對論可以推導出許多跟我們直覺相違背的結論，例如：長度收縮(當物體在運動時，在運動的那個軸向，會產生收縮)、時間膨脹(當物體在運動時，與物體同一座標系的時鐘會變慢)以及同時的相對性(兩事件是否同時發生取決於觀察者的運動狀態)等等，這些乍看之下不合常理的現象，事實上都在實驗室或自然界中已經獲得證實。

利用上述的兩個基本假設，並結合其他的物理定律，狹義相對論還預言了質量與能量是可以互換的。這個想法被寫成如下的公式：E=mc²，這一則已經變成二十世紀最有名的物理公式也戲劇性地改變了人類二十世紀的歷史。愛因斯坦可以從這兩個假設出發，推導出所謂的勞侖茲座標轉換式，此式最早由勞侖茲從以太說推出，用以解決古典力學與古典電磁學間的矛盾（即邁克生-莫立實驗的觀測結果）。

狹義相對論之所以稱為「狹義」的原因是因為這個理論只能處理作等速度運動的座標系之間的轉換，於是愛因斯坦又花了10年的時間發展出更一般的「廣義相對論」，此理論能處理加速度的座標系轉換，包含重力所引起的效應。狹義相對論表明光速絕對不只是某一特定現象(即電磁波的傳播)的速度，而是空間與時間結合成四維時空的一個基本特徵，而此特徵的一項必然結果就是沒有任何具有質量的粒子可以被加速到光速，光速變成了所有具有真實質量的粒子的速度上限。

參考資料：維基百科http://en.wikipedia.org/wiki/Special_relativit