Modern Special Relativity: A Student's Guide with Discussions and Examples
商品資訊
ISBN13:9783030543518
出版社:Springer Nature
作者:Johann Rafelski
出版日:2021/03/09
裝訂:平裝
商品簡介
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I Space-Time, Light and the aether 1
1 What is (Special) Relativity? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.1 Principle of Relativity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2 Time, a 4th coordinate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.3 Path toward Lorentz coordinate transformations . . . . . . . . . . . . . . 101.4 Highlights: How did relativity happen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2 Light and the aether . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.1 Measuring space and time: SI unit system . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.2 Speed of light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.3 Essay: aether and Special Relativity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3 Material Bodies in SR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.1 The Michelson-Morley Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.2 Body contraction and time dilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.3 Is the Lorentz-FitzGerald body contraction measurable? . . . . . . . . . . 383.4 Experiments require understanding of body contraction . . . . . . . . . . 403.5 Resolving misunderstandings of SR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
II Time Dilation, and Lorentz-Fitzgerald Body Contraction 47 4 Time Dilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494.1 Proper time of a traveler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494.2 Relativistic light-clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524.3 Talking about time (dilation) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
5 The Lorentz-FitzGerald Body Contraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615.1 Light-clock moving parallel to light path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615.2 Body contraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635.3 Arbitrary orientation of the light clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
III The Lorentz Transformation 73
6 Relativistic Coordinate Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 756.1 Derivation of the Lorentz coordinate transformation . . . . . . . . . . . . 756.2 Explicit form of the Lorentz transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . 796.3 The nonrelativistic Galilean limit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 846.4 The inverse Lorentz coordinate transformation . . . . . . . . . . . . . . . 85
7 Some Consequences of Lorentz Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 887.1 Invariance of proper time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 887.2 Relativistic addition of velocities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 927.3 Two Lorentz coordinate transformations in sequence . . . . . . . . . . . . 997.4 Rapidity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
IV Measurement 111
8 Time Measurement and Lorentz Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1138.1 Graphic representation of Lorentz Transformation . . . . . . . . . . . . . 1138.2 Time dilation and simultaneity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
9 Methods of Measuring Spatial Separation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1199.1 Introductory remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 What is (Special) Relativity? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.1 Principle of Relativity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2 Time, a 4th coordinate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.3 Path toward Lorentz coordinate transformations . . . . . . . . . . . . . . 101.4 Highlights: How did relativity happen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2 Light and the aether . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.1 Measuring space and time: SI unit system . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.2 Speed of light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.3 Essay: aether and Special Relativity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3 Material Bodies in SR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.1 The Michelson-Morley Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.2 Body contraction and time dilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.3 Is the Lorentz-FitzGerald body contraction measurable? . . . . . . . . . . 383.4 Experiments require understanding of body contraction . . . . . . . . . . 403.5 Resolving misunderstandings of SR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
II Time Dilation, and Lorentz-Fitzgerald Body Contraction 47 4 Time Dilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494.1 Proper time of a traveler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494.2 Relativistic light-clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524.3 Talking about time (dilation) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
5 The Lorentz-FitzGerald Body Contraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615.1 Light-clock moving parallel to light path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615.2 Body contraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635.3 Arbitrary orientation of the light clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
III The Lorentz Transformation 73
6 Relativistic Coordinate Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 756.1 Derivation of the Lorentz coordinate transformation . . . . . . . . . . . . 756.2 Explicit form of the Lorentz transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . 796.3 The nonrelativistic Galilean limit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 846.4 The inverse Lorentz coordinate transformation . . . . . . . . . . . . . . . 85
7 Some Consequences of Lorentz Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 887.1 Invariance of proper time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 887.2 Relativistic addition of velocities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 927.3 Two Lorentz coordinate transformations in sequence . . . . . . . . . . . . 997.4 Rapidity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
IV Measurement 111
8 Time Measurement and Lorentz Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1138.1 Graphic representation of Lorentz Transformation . . . . . . . . . . . . . 1138.2 Time dilation and simultaneity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
9 Methods of Measuring Spatial Separation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1199.1 Introductory remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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