狭义相对论中的引力场 _狭义相对论-四川龙网

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狭义相对论是一个严密，完善，自恰，普适的理论。过去不少学者，由于理解不深，以及残留经典力学概念的影响，对其作了很多保留和限制。例如说，认为狭义相对论只适用于匀速运动，而不适用于加速运动。大量的所谓佯谬出现在讨论狭义相对论的理论书、教科书和科普读物中。不少书中说，双生子佯谬中有加速运动，狭义相对论不能解决等等。作者认为，任何所谓佯谬都是由于对狭义相对论理解不深，以及残留经典力学概念产生的。在洛伦兹协变性和不变性方面，也存在很多错误的认识。由于牛顿引力定律经洛伦兹变换后会改变其形式，被错误地认为，不符合狭义相对论。
1.相对性原理，洛伦兹协变性和不变性
相对性原理，洛伦兹协变性和洛伦兹不变性是三个不同的概念。相对性原理是一个公理性的基本原理，是指所有惯性参考系等效，物理规律相同。或者说，所有惯性参考系对物理规律是平权的，无特殊的。判断一个物理方程成立，必须满足相对性原理。即在所有惯性参考系中,可建立相同的物理方程。
洛伦兹协变性是指一个物理量，或物理方程进行洛伦兹变换的可行性。是判断该物理量，或物理方程与狭义相对论是否相容的判据。具有洛伦兹协变性的物理量，或物理方程是与狭义相对论相容的，否则是不相容的。在狭义相对论中，所有物理量都必须可表示为四维张量或其分量，才可进行洛伦兹变换。四维张量包括：四维标量(零阶张量)、四维矢量(一阶张量)、四维二阶张量等等。
洛伦兹不变性是指，四维形式的物理量或方程，经洛伦兹变换后形式不变。完整的四维张量经洛伦兹变换后，仍然是四维张量，其形式不变。各分量可组合成一定的不变量，但各个分量会发生改变。完整的四维矢量经洛伦兹变换后，仍然是四维矢量形式不变。各分量组合成的模值是不变量，但各个分量会发生改变。四维标量是不变量，经洛伦兹变换后仍然是四维标量形式不变，其数值也不变。
如果物理方程中的物理量不是完整的四维张量，仅以分量的形式出现，仍可对其进行洛伦兹变换，但变换后会改变方程的形式。例如电磁场的标势是三维标量，它是四维势矢量的时间分量，经洛伦兹变换后数值和形式都会变。又例如电场E是四维二阶反对称张量的分量，经洛伦兹变换后，会出现磁场H，数值和形式都会改变。作用力F，矢径r都是四维矢量的三维分量，可进行洛伦兹变换,变换后会改变形式。
库伦定律是与狭义相对论相容的，但由于力F和矢径r都是四维矢量的三维分量，洛伦兹变换后会改变方程的形式。正是这种改变，运动电荷周围会产生磁场。电场和磁场互相关联，这是狭义相对论的必然结果。经典的电磁场理论中，库伦定律和毕奥-萨伐尔定律是两个完全独立的定律。狭义相对论在二者之间建立了联系，可以从库伦定律导出毕奥-萨伐尔定律。
牛顿引力定律与库伦定律结构上完全一样，可对其进行洛伦兹变换，是与狭义相对论相容的。可以直接纳入狭义相对论，作为引力理论的出发点。但由于力F和矢径r都是四维矢量的三维分量，洛伦兹变换后会改变方程的形式。正是这种改变，可以从牛顿引力定律导出一条新的规律。当物质运动时，引力场并不是单一的三维矢量形式，在物质周围可产生一种类似于磁场的场，称为动引力场。引力场与动引力场形成一对场，二者互相关联，合起来称为引动场，构成反对称二阶四维张量形式。动引力场的力学效应类似于电学中的洛仑兹力，可对其它运动物体产生作用力。在天体运动中考虑到它的作用后，对牛顿引力是一种修正。

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