二楼

三楼

狭义相对论是建立在两个假设之上的：狭义相对性原理和光速不变原理。
牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中清楚地陈述了相对性原理。简单一些说，相对性原理就是“静止系与运动系等价”。这否定了“以太”或者绝对静止参考系的存在。
狭义相对论是建立在狭义相对论原理之上的，“狭义”的意思是special（特殊的），只适用于惯性系。
“惯性系”可以这样定义：在某一参考系内，如果一物体不受任何外力作用时，可以保持静止或匀速直线运动，那么此参考系可以看成惯性系。而相对于此参考系做匀速直线运动的参考系都是惯性系。
相对性原理认为，在任一惯性系中，物理规律总保持不变。

伽利略变换
设想一下这样的情景:
以地面上某一定点建立坐标系K，有另一坐标系K'，K'与K重合，点P从原点以速度v开始向x轴正方向运动，同时K'以速度u向K的x轴正方向运动。
已知在K中经过时间t后，P在K中的坐标为（x，y，z），求P在K'中的坐标（x'，y'，z'）以及在K'中运动的时间t'。
不难得出，x'=x-ut y'=y z'=z t=t'，此式即伽利略变换，符合我们的常识。t=t'，说明时间不随参考系的不同而变化，这也是牛顿绝对时空观的体现。
类似地，也可以得出速度相加原理v=v'-u。

光速不变
光速不变是由麦克斯韦电磁场方程组得出的结论，意思是，对于任意观察者，真空光速恒为c——约300 000km/s，而于观察者之间的相对运动无关。
起初人们认为，光速不变是相对于“以太”而言，但迈克耳孙-莫雷实验证实了“以太”不存在。这个实验的思路很简单，如果以太存在，光速相对于以太恒定是c，而因为地球在以太中运动，所以在不同方向上测得的光速应当不同。实验试图观测两束垂直的光线在不同方向上干涉条纹的变化并以此计算出地球在以太中的运动速度，但结论却令人失望。实验者没有观察到干涉条纹有任何变化，这只能说明以太不存在——或者地球相对于以太绝对静止，不过这违反了牛顿力学，也这不在我们讨论的范围内。
我们看到的恒星都是圆点——至少不是线条——这也可以作为证明光速不变的证据。简要说明如下:假设恒星发出速度为C与c的两种光（C＞c），当C速度的光到达观察者的视网膜时，c速度的光仍在太空传播，经过一定的时间后，c速度的光被观察到，但此时因为观察者随地球自转或者公转，星光与地面的夹角势必发生变化，在观察者看来就是光源的位置变了，即观察者会看到两个光源。考虑到光速从C到c连续变化的可能性更大，因此，观察者更可能看到一条亮线，这显然与事实不符。

光速不变有着理论和实验的双重支持，伽利略变换与我们的经验、常识相一致，也与牛顿的绝对时空观相一致，现在，它们矛盾了。

光速不变原理与伽利略变换相矛盾，或者说，经典电动力学与经典力学存在矛盾。洛伦兹为了调和这个矛盾，创立了洛伦兹变换，不过他是承认以太存在的。
洛伦兹变换后来成为了狭义相对论的基本方程。
其实洛伦兹变换很简单，只是在伽利略变换的基础上增加了一个洛伦兹因子γ（音伽马 gama）。
下面给出简单推导并上图。

先复习一下伽利略变换