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近代物理

四矢量:把相对论守恒写成统一形式

14 分钟

狭义相对论把时间与空间组成时空,把能量与动量组成四动量。不同惯性系对分量数值有不同判断,却对闵可夫斯基间隔和四动量范数等不变量一致。

时空间隔

两个事件间 c²Δt²-Δx²-Δy²-Δz² 在洛伦兹变换下不变。正、零、负分别对应类时、类光和类空分离,决定是否可能存在因果信号连接。

固有时

沿物体世界线由共动钟测得的时间是固有时。不同路径连接相同事件可积累不同固有时,双生子问题的关键是世界线路径不同,不是简单“彼此看对方都慢”的对称争论。

能量—动量关系

E²=p²c²+m²c⁴ 同时覆盖有质量粒子和光子。静止时得到mc²;光子m=0仍有E=pc,不能说“没有静质量所以没有动量”。

碰撞与衰变

四动量守恒让阈值能量、粒子产生和衰变计算更清楚。质心系常简化,但实验室系可测量,需用洛伦兹变换连接。

单位与约定

高能物理常令c=1,能量、质量、动量用相近单位。恢复SI单位时逐项检查c的幂,避免把自然单位公式直接代入。

画时空图时保持轴尺度和光锥一致,否则视觉角度会误导速度与因果判断。

练习:用四动量不变量分析双光子系统的总质量,并解释单个光子与光子对的区别。

小纸条

单个光子静质量为零,为什么两个光子系统仍可能有非零不变质量?