相对论如何解释物体在加速运动时相对不同坐标系的受力问题

相对论是基于绝对速度的理解。是空间和时间的联接点。与是否感觉得到光是无关的。当然你首先得承认光速最快才能理解相对论中的一系列推论和公式。明白点说，相对论不是针对光这种物质本身提出的，而是针对一个速度3*10^8m/s对传统牛顿力学在某些现象上反抗的解释。声波的波速太小，很难发现这种现象上的差异，也就是说，利用牛顿力学和利用爱因斯坦相对论得出的结论非常相似，所以很难发现相对论。
没人说相对论是真理，只是这个理论得到大多数人的认可。对很多无法用牛顿力学解释的现象给予了说得通的解释。但它的计算公式只是近似得数，如果你有兴趣的话，说不定也会得出更加准确的计算方法。
科学的发展是个过程，到现在决不是终点，所有的真理都有他的适用范围，没有绝对绝对的事物。

你对相对论理解有误，不是说感觉是最快的东西就能得出关于它的相对论。声波是机械波，和你用手抖动一个长长的绸带产生一个波浪的形状没有本质区别。无论如何也成为不了相对论。如果他们真的不能感觉到电磁波，那他们也就很难发现相对论了。

光速最大和恒定不是感觉出来的
而是试验与理论的结合
试验：迈克尔逊-莫雷干涉试验
理论：洛伦兹变换
关于狭义相对论的正确性不要质疑，我们希望更多的人理解他。这是一种颠覆性的思想模式，就与哥白尼的地球是圆的一样。随着时间推移，大家都会接受的。也许有一点误差（比如哥白尼日心说），但这至少是一个起步
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我不想写那么多,呵呵,只希望你能明白这个问题

相对论的得出是由于"光速恒定"而不是最大速度.光速恒定了,那么在不同参考系中的观察者由于空间的变化而导致时间进程的不同.

如果你的世界中的机械波的传播速度,和波源及其观察者的运动无关,也是恒定的,那么他们也能得出相对论,呵呵.

不能

因为声波是机械波，其波速和介质速度有关

所谓“光速不变”，是指“物理真空内，不同参照系之
间，光速不变”

所以他们也会发现相对论，采用伽利略变换的相对论

机械波无法在真空中传播。

其实相对论没有什么神秘的。伽利略就指出运动完全可以看作是彼此相对的；只不过后来对电磁现象的研究发现，真空中的光速是一个常数——

这就牵扯到真空性质。在介质中传播的波不涉及相对性问题，因为总是可以用介质的运动来解释的；但一旦某种波可以在真空中传播，并且波速恒定，相对性就受到挑战：采用伽利略变换（时间不变，位置取代数和）就不能满足协变性（在不同参照系中物理规律不变）。这时，洛仑兹提出了时间、位置线性相关的洛仑兹变换，采用洛仑兹变换后电磁现象继续满足协变性；而爱因斯坦赋予洛仑兹变换最简单的诠释：时空的固有性质，间隔不变性

从运动学角度看，参考系可以任意选取。对一个具体的运动学问题，我们一般从方便出发选取参考系以简化物体运动的研究。古代研究天体的运动时，很自然以地球为参考系。托勒密的“地心说”用本轮、均轮解释行星的运动。哥白尼用“日心说”解释行的运动时，也要用本轮和均轮。从运动学角度看，“地心说”和“地心说”都可以同样好地描述行星的运动。但从研究行星运动的动力学原因的角度看，“日心说”开通了走向真理的道路。开普勒在“地心说”的基础上，把行星的圆周运动改变为椭圆运动从而扔掉了本轮、均轮的说法，开普勒并在观测的基础上建立了行星运动三定律，作出了重要的贡献。牛顿进一步揭露了开普勒三定律的奥秘，建立了万有引力定律、概括出“万有引力”概念。我们应该注意，从运动学看所有的参考系都是平权的，选用参考系时只考虑分析解决问题是否简便。从动力学看参考系区分为惯性参考系和非惯性参考系两类，牛顿定律等动力学规律只对惯性参考系成立，对不同的非惯性参考系要应用牛顿定律需引入相应的惯性力修正。
质点的机械运动表现为质点的位置随时间变化。质点的位置是相对于一定的参考系说的，参考系是指选来作为研究物体运动依据的一个三维的、不变形的物体（刚体）或一组物体为参考体，在参考体上选取不共面的三条相交线作为标架，再加上与参考体固连的时钟。即参考系包括参考体、标架和时钟，习惯上我们把参考体简称为参考系。为了定量地描述物体的运动，我们在参考系上还要建立坐标系，直角坐标和极坐标是最常用的两种坐标形式。
牛顿把作匀速直线运动的参考系叫做惯性参考系。1905年，爱因斯坦在他的论文中提出，所有的惯性参考系都是等价的，也就是说，一切物理定律在惯性参考系中都同样适用，具有相同的形式。爱因斯坦的观点是正确的，因为人们不能在任何一个惯性参考系内部(也就是说，不参照这个参考系外部的物体)用任何物理定律去发现这个参考系与静止的参考系有什么差别。正是在这种认识的基础上，爱因斯坦建立了狭义相对论。

那么，如果我们处在一个非惯性参考系中，又如何呢?非惯性参考系的运动具有一定的加速度，可是，这种加速度可以被看作是一种重力(即万有引力)。例如，我们在电梯中，当电梯加速下降或者减速上升时，我们会感到身体有些轻飘飘的，重量似乎减小了。我们在电梯中不看外面的参照物，并不知道电梯在加速还是减速，只感到重力在变化。

经典相对性原理(伽利略相对性原理)：任何密闭惯性参照系内的试验，无法判断参照系是静止还是做匀速直线运动。
相对论相对性原理：物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是用两个在互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系。
问题：一辆地面上匀速运动的车上，从车顶，自由掉下一个物体，车上的人，与车下的人所观测到的运动轨迹不是相同的数学表达形式。不能用系数简单的统一。
不同点是经典力学相对性原理只适用于描述机械运动的力学规律,采用的是各惯性系不变的绝对时空观,推导出的是伽利略变换,可以保证机械力学规律的坐标变换不变性,但不能保证电磁运动规律的坐标变换不变性,所以本质上只适用于低速力学现象。

经典力学相当于是在宏观的角度来对力和物体进行分析，狭义相对论可以说是微观吧，我举个例子狭义相对论认为：运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了。现在我们从经典力学角度分解这一相对论结论，目的是寻找出钟慢的原因。首先，我们来看运动的时钟的受力分析。一个钟如果在做匀加速运动说明在受外力作用，如果是匀速运动说明受合外力作用为零。这里我们不知道钟的速度状态，不好判断钟的受力情况，但我们还是可以从能量的角度来分析钟的运动状态。能量不变说明受合外力为零，反之说明合外力不为零。 狭义相对论里，在钟运动的同时，有位观下面我们来找钟运动后时间变慢的原因。一是观测者测得的时间判断成运动的钟的时间，即光线造成的观测效应。二是运动的钟的时间确实变慢了（有实验已经验证）。这个从牛顿力学受力分析来看，影响钟慢的原因只有能量作用这一因素。到底是怎么影响的与各个钟的构造不同而有不同的解释。对于运动的原子钟时间变慢，网上有解释，大家自己可以搜一下。
察者在拿着一个钟通过自己观测的用时间等于距离除于速度，即T=S/V来判断运动的钟的时间。

经典力学相对论其实是狭义相对论的一种特殊情况，即当物体运动速度远小于光速时，可以由狭义相对论过渡到牛顿理论，但是狭义相对论也并不是所有的理论都适合，它也有限制范围，它只有在弱引力场中才适用，当引力作用不可忽略时，时空的特性就应该用广义相对论来解释。

经典力学相对性原理只适用于描述机械运动的力学规律，采用的是各惯性系不变的绝对时空观，推导出的是伽利略变换，可以保证机械力学规律的坐标变换不变性，但不能保证电磁运动规律的坐标变换不变性，所以本质上只适用于低速力学现象。
狭义相对论的相对性原理适用于包括力学规律和电磁规律在内的一切物理定律，采用的是各惯性系不同的相对时空观，推导出的是相对论变换，不但可以保证机械力学规律的坐标变换不变性，还能保证电磁运动规律的坐标变换不变性，所以本质上即适用于低速力学现象也适用于高速现象。

同是湖工10级的，有信息大家一起交流啊^_^！

广义相对论中，讨论引力用到的是einstein场方程，一般喜欢使用gauss单位制，即光速c=1，另外为表述清晰,我还有几点约定：
1.“^”表示抗变指标；
2.“_”表示协变指标；
3.“~”表示指数，例如2~2=4；2~3=8等等；
4.“,”表示求偏微分，例如：偏q/偏x^μ=q,μ；
5.一个指标出现两次代表对该指标求和，即爱因斯坦求和约定。
6.凡是希腊字母则代表该指标可以取：0，1，2，3四个值，英文字母代表该指标只能取1，2，3三个值。
7，以下所用的标记法均为：x^0=ct=t(gauss单位制下，c=1)；x^m为三维直角坐标或球坐标。
加速度的表达形式（注意是表达形式），在相对论中依然没变，即g=f/m,f表示引力，满足f=-▽v，其中v是引力势。具它们之间具体的关系可以从考查einstein场方程开始。
einstein场方程：r^μν-1/2*g^μν*r=t^μν；我们以地球为例，考察地球周围的重力场。因为考查的是地球外部的重力场，所以我们可以认为地球周围是真空的，即仅仅存在重力场，那么einstein场方程中的动量能量张量t^μν=0，将场方程缩并之后就有：r-1/2*δ^μ_μ*r=0(“δ^μ_ν”是dirac符号，即当μ=ν的时候，δ^μ_ν=1；当μ≠ν时δ^μ_ν=0)；即r=0,所以在真空的情况下einstein场方程就可以写为：r^μν=0。此种情况下场方程的解为schwarzschild解，即：
ds~2=(1-2gm/r)dt~2-(1-2gm/r)~(-1)*dr~2-r~2*(dθ~2+sinθ~2*dφ~2)
该解在星星表面周围非常精确的成立。若以地球为例，那么m表示地球的质量，由于讨论的是加速度，不妨看看einstein场方程如何退化成牛顿的引力定律形式的。由于地球周围的引力场的角动量极小，我们不妨视作为静止引力场，故有：g_μν,0=0；并且还有g_m0=0，因此便导致：γ_m0n=0,抬高第一个指标有：γ^m_0n=0（注：christoffel标记：γ_μνσ=1/2*(g_μν,σ+g_μσ,ν-g_νσ,μ)）；然后来考察一个质量远小于地球质量的质点以远小于光速的速度在地球引力场中的运动。取一级近似有：
g_00*(v^0)~2=1；
由于质点仅在引力的作用下运动故其轨迹为时空测地线，即：
dv^μ/ds+γ^μ_νσ*v^ν*v^σ=0；注意之前的静场条件又有：
dv^m/ds=-γ^m_00*(v^0)~2=-g^mn*γ^n_00*(v^0)~2=1/2*g^mn*g_00,n*(v^0)~2；
注意到：dv^m/ds=dv^m/dx^0*dx^0/ds=dv^m/dx^0*v^0；
所以就有：dv^m/dx^0=1/2*g^mn*g_00,n*v^0=g^mn*[g_00~(1/2)],n
降低上式的指标就有：dv_m/dx^0=[g_00~(1/2)],n
可见，质点的运动基本是在g_00~(1/2)的影响之下，为了计算方便，一般令g_00=1+2v，这样当引力不是很强的时候，即vv≈1-g_00~(1/2)，所以重力加速度就可以写成g=-▽[1-g_00~(1/2)]，对于之前给出的einstein场方程的schwarzschild解，显然有：g=gm/(r^2），这与牛顿力学中给出的形式一致,这便得到了相对论中对于地球这样行星表面附近的重力加速度的描述方式。

空间弯曲。

牛顿定律说物体不受力就不改变运动状态。相对论也这么认为。
你在那个东西上测量，它没有受任何力的作用，上面的任何东西都在失重状态，可是为什么那个东西会下落呢？

显然，因为它没受任何力，所以它没有加速下落，它匀速直线运动或者是静止的。与它的空间坐标相比，是它周围的东西都受到向上的支撑力，所以都在向上做加速度运动。也就是相对于它来说，它进入了一个弯曲的空间。
关于空间弯曲的问题，简单的说就是一个作着加速度运动的空间，具体的解析就是四维空间的坐标系的某个或多个坐标轴是弯的，或者刻度是非均匀分布的。

四维空间不能直接画在二维的平面纸上，所以必须根据三视图原理，分解成六个平面坐标系。
即（X，Y）、（Y，Z）、（X，Z）、（X，T）、（Y，T）、（Z，T）六个平面坐标联立，形成一个（在数学中叫矩阵的）坐标组。速度随着时间的变化（加速度）就表示坐标轴的刻度分布密度随时间而变化，上面的直线就会发生弯曲，要让直线看上去依然是直线，那就必须把坐标轴画成弯曲的。坐标轴代表着空间的均匀度，刻度变了就代表着空间的密度变了（数学上可以证明就是引力强度变了），坐标轴弯曲了就代表着空间弯曲了。

举个例子，比如光是直线传播的，我们看东西都是这个感觉。用放大镜看东西，因为感觉不到光的变化，所以看到的是东西被放大了。实际上是光线折射了。眼睛认为光是直的，那就是东西放大了。
在相对论中，光是参照物，必须是直线传播的。因此，光在空间中弯曲了，就像眼睛看东西一样，测量的结果就是空间弯曲了。

利用在局部惯性系中万有引力与惯性力等效的原理

注意：建议您在阅读这篇有关狭义相对论的文章之前，先阅读一下：爱因斯坦的狭义相对论。

在上一篇有关狭义相对论的文章中，我解释了如何以及为什么需要修改对空间和时间的直观理解，以说明19世纪电磁理论的发展，特别是迈克尔逊-莫雷实验和 Galilean变换下电磁波方程的非协方差。 我解释了从狭义相对论的两个假设得出长度收缩，时间膨胀，时空间隔的不变性以及最终的洛伦兹变换：

· 第一个假设：物理定律在所有惯性参考系中都采用相同的形式。

· 第二个假设：在所有惯性参考系中，光速具有相同的数值。

看到我们生活在相对论宇宙中之后，现在该看看必须调整我们的思维方式，以便正确理解相对论宇宙中的物理学。

狭义相对论最终是关于在不同参考系中观察者出现相同物理现象的方式的理论。 与狭义相对论相关的所有重要且著名的思想，例如质量能等效，时间旅行的不可能，光速作为普遍限速以及红移现象均来自这些假设。

原点位置和轴方向的选择将始终参考物理对象或对象集合，例如，站在火车上的人的位置，x轴指向对象的前部。 轴或垂直于立方体面的立方体的中心。 没有什么可以阻止我们为同一系统定义多个参考系。 例如，我们可能还会定义一个参考框，该参考框附加在一个人旁，旁边站着观看火车经过的铁轨，或者我们可以定义一个参考框，该参考框固定在观看立方体旋转的某人的位置。 在这种情况下，参考系彼此相对运动。

这就是为什么不要将坐标系与整个参考系混淆的原因。 坐标系最终是将空间中的点映射成有序的数字元组的函数，而说作为抽象数学对象的函数在物理空间中旋转或移动是毫无意义的。 就我们的目的而言，将根据参考定义此功能。 例如，二维笛卡尔坐标系会将点P发送到有序对F（P）=（x（P），y（P）），其中x（P）是从点P到y的垂直距离 轴和y（P）是从点P到x轴的垂直距离：

在这种情况下，F（P）=（2,3），因此（2,3）是点P的坐标对。

我们将仅考虑惯性参考系，即相对于彼此以恒定速度运动而不会加速或旋转的框架。 相对论可以解释非惯性系，只要重力不是驱动加速度的因素（为此，您需要广义相对论），但是我们将在本系列的后面继续讨论。 这样做的原因是，如果可以检测绝对速度，则可以定义一个绝对参考系，这与自然界先验没有配备坐标系这一事实相矛盾。 但是，绝对加速度是可以检测到的，因为加速度暗示着力，而力要么起作用，要么不起作用。 如果不是这种情况，则可能会在一个帧中发生物理过程，而在另一帧中发生物理过程，这违反了第一个假设。

我们通常会对以下情况感兴趣：实验人员正在观察某个物理对象的运动，而观察者和对象都不会受到任何加速度。 物体速度为零的唯一帧称为静止帧（或适当帧）S'，观察者速度为零的唯一帧称为观察者帧（或实验室帧）S。通常显而易见的是 哪一个。 最后，我们将始终假设观察者框架和静止框架处于标准配置，这意味着S'在x方向上相对于S具有恒定的速度，其坐标系的原点在t = t'= 0处重合，并且 两个框架中的坐标轴是平行的：

> Source: Wikimedia Commons. Public domain.

其余帧中的坐标标有素数（t'，x'，y'，z'），观察者坐标则标有（t，x，y，z），这些坐标通过Lorentz变换关联 ：

我们几乎总是忽略y和z坐标。

符号γ表示洛伦兹因子：

我们继续前进的最后一点。 如果确定对象在S帧中具有L的长度，在S'帧中具有L'的长度，则两个事件之间的时间间隔在S帧中是Δt而在S'帧中是Δt'，或者质点的速度是U 在帧S'中的U'和在帧S'中的U'，那么我并不是说L，Δt和U在不同的帧中"看起来"具有不同的值。 "出现"一词表示这些帧之间的这些值之间的差异某种程度上是导致它们偏离单个"真实"值的错误或错觉，或者这些数量的帧相关性表示我们的知识的局限性。 不是这种情况。 没有物体的真实长度，事件之间的真实时间间隔或粒子的真实速度之类的东西，因为测量这些东西需要坐标系，因此需要参考系。 没有单一的"正确"参考系，因此这些数量也没有单一的"正确"值。

现在，让我们深入探讨问题的实质，并使用相对论告诉我们的有关参考框架的信息来分析一些物理问题。

从不同的参考系观察物理系统并不会为该系统行为的基础增加任何物理作用。 这意味着在一个帧中正确的事物在所有其他帧中都必须正确，尽管关于该事物为何正确的解释可能会改变。 换句话说，改变您的参照系不会改变自然的事实，自然的最重要事实之一是物理事件之间的因果关系。 如果事件A在一个帧中导致事件B，那么就不会有事件B导致事件A的帧。这称为因果不变性。 我们可以使用因果关系的不变性来理解当我们说c是"通用速度限制"时的含义。

假设存在一个帧S，其中事件A通过传播比光快的信号（例如，以速度U> c发射子弹）导致事件B。 在该帧中，令Δx为两个事件之间的距离，令Δt为它们之间的时间间隔，使得U =Δx/Δt。 由于事件A在帧S中在事件B之前，因此Δt必须为正。 令S'是相对于S以v <c的速度移动的帧。然后通过洛伦兹变换：

如果由于允许所有小于c的速度而必须允许c²/ U <v <c，则我们找到了一个参考帧，其中Δt'为负，这意味着在此帧B将在A之前，这是 不允许。

这意味着，如果一个事件导致另一事件，那么它必须通过传播速度不超过光速的信号来做到这一点。 通常将其描述为"信息传播的速度不能比光快"。 但是，我们将在后面的部分中看到，如果信号不允许事件A引起事件B，则信号可以以比c更快的速度从事件A传播到事件B。

一条非常快的蛇从生物学部门的笼子中逃脱，以0.6c的速度冲过桌子。 蛇的正确长度（在其静止框架中测得的长度）恰好是一米。 一个学生打算用恰好一米宽的矩形网子抓住蛇，方法是在适当的时候将网子砸在桌子上，使网子的左边缘碰到蛇尾巴后面的桌子。 网的右边缘将击中蛇头前面的桌子。 如果边缘碰到了蛇的身体，那么蛇会受到伤害，并且学生会从她的顾问那里得到帮助。

学生的论点是："在我的静止帧中，蛇的速度为0.6c，因此我计算出蛇的长度收缩为80厘米，这意味着网的左边缘将恰好落在蛇的尾巴后面，而右边 轮缘将在其头部前方降落20厘米，而我会在不伤害蛇的情况下抓蛇。"

蛇的回答是："我长100厘米，网以0.6c的速度接近我，所以网的宽度缩小到80cm。 如果网的左边缘撞到我尾巴后面的桌子，那么右边缘将撞到我并折断我的背部，您将遇到很多麻烦！"

蛇会受到伤害或不会受到伤害，因此无论是蛇还是学生都是错误的。 我们如何解决这个矛盾？

令S为学生的其余部分，令S'为蛇的其余部分。 在S中，将x = 0设为网的左边缘在时间t = 0碰到桌子的点，这恰好与蛇尾通过x = 0的确切时刻相吻合。 在S'（蛇静止的帧）中，令x'= 0为蛇尾的位置。 令t₀和t₁为左右边缘在S中击中桌子的时间，令x₀和x₁为边缘在表中打击的位置。

然后，t₀＝t₁＝ 0s，x₀＝ 0cm，x₁＝ 100cm。 对于v ＝ 0.6c，γ＝ 1.25。 通过洛伦兹变换：

所以蛇是错的。 在蛇的静止帧中，网的右边缘比左边缘早2.5纳秒命中桌子。 的确，网的边缘在蛇的静止框架中仅相隔80厘米，但由于边缘不在蛇的框架中同时落下，因此击中桌子的点相距125厘米。

这是蛇真正看到的东西。 两条边缘相距80厘米，以0.6c的速度接近蛇。 右侧边缘在t'=-2.5ns处撞到桌子，位置在蛇尾巴前125cm或蛇头前25cm处。 此时，左边缘仍在蛇的上方，位于蛇尾巴前45厘米处。 在t'= 0s处，经过2.5纳秒后，左边缘将朝着蛇尾巴的方向移动0.6c * 2.5ns = 45cm，这时左边缘撞到了蛇尾巴后面的桌子上。 两条边都没有碰到蛇。

这条蛇是错误的，因为它忽略了同时性的相对性：在一个参考系中同时发生但在不同位置的两个事件A和B在任何其他参考系中都不会同时发生。 此外，将存在A优先于B的框架和B优先于A的框架。这不会违反因果关系的不变性，因为这两个事件均不会导致另一个事件，因为如果A和B同时发生，但发生在不同的位置且A 如果导致B，那么这将需要信号以无限的速度从A位置传播到B位置，这是不可能的。

您可能已经注意到了一个小问题：击球台后，网的右边缘继续以0.6c的速度接近蛇。 由于右边缘仅在蛇的前面25cm处撞到桌子，如果蛇在其头部到达右边缘时停止，则左边缘仍将在蛇的尾部20cm处撞蛇。 这会破坏我们的整个论点吗？

否。假设蛇的头部在到达右侧边缘时停止转动。 这将发生在大约t'=-1.39ns。 即使我们假设蛇是完全僵硬的，此时尾巴也不会停止，因为蛇头的停止与蛇尾的停止有因果关系，因此蛇尾在信号发出之前不会停止（神经冲动） （例如弹性冲击波等），其传播速度不超过光速，它从头部传播到尾巴。 如果一条蛇停下来是因为沿着它的长度仅在一个点上发生了一个事件，则蛇的整个长度不可能同时停下来。 蛇在此帧中的长度为一米，信号以光速传播一米距离所花费的时间约为3.33纳秒，因此蛇的尾巴会持续运动很多时间，以避免被蛇的左边缘击中。 互联网。

考虑两个相同的双胞胎宇航员。 第一位宇航员A留在地球上，第二位宇航员B进行了一次任务，前往大约5光年远的Alpha Centauri。 B的飞船离开地球，迅速加速到0.9c（从地球测量），当B到达半人马座Alpha时，她停下来，转身，然后加速回到0.9c，返回地球。 假定加速度非常快，以使B几乎以恒定速度度过整个行程。 A将观察到整个旅程需要九年，但是在B的框架中，地球与半人马座之间的距离缩小了2倍，她看到半身人马座以0.9c的速度接近她，而在回程中她 看到地球以0.9c接近她，而对于她来说，整个往返仅用了4.5年，而当她返回地球时，她将比双胞胎年轻4.5岁。

这似乎与我们声称没有首选参考系的主张相矛盾：为什么只为B分配时间？ B不能仅仅声称地球在从地球退回然后以0.9c返回时她保持静止吗？

答案是否定的，因为B经历了加速，而A没有经历。 她从与A相同的休息框开始，但随后加速进入另一个休息框，然后减速回到A的休息框。 与速度不同，加速度是绝对的，我们可以肯定地说A并未远离B加速。

这是另一个著名的。

假设一个站在地球上的天文学家向月球发出非常强大的激光，其功率足以在月球表面产生一个可见点。 激光在0.01秒内扫描了3,393英里（考虑到表面的曲率），横越月球的赤道。 站在月球表面的观察者将看到该点在大约1.82c处冲过去。 但是，狭义相对论不是说没有什么能比c快吗？ 我们在理论上发现了致命的缺陷吗？

不，我们没有，因为狭义相对论并没有说"没有什么能比光传播得快。 狭义相对论告诉我们，一个事件如果导致第一个事件以大于c的速度向第二个事件的位置发送信号，则不会导致另一个事件。 在此示例中，激光点能够以比光速更快的速度从点A传播到点B，因为点A处的点出现不会导致点后来出现在点B处。 我们考虑狭义相对性告诉我们有关旋转框架的信息，我们将能够明确证明存在一个参考框架，其中点在到达A之前就到达了B。

作为最后的演示，我将介绍我的个人收藏之一。

在框架S'中，平行于x'轴的直圆柱杆以角速度ω旋转。 在框架S中，杆旋转并以速度+ vx向前移动。 我们将看到，在框架S中，杆绕其长度扭曲。

通过将杆划分为以单位距离Δx'= 1分隔的圆盘，在框架S'中开始。 将磁盘视为时钟，并在每个磁盘上画一个"指针"，使指针完全平行。 这是S'中磁盘的外观：

在S'中，相邻的手正好同时击中黑线。 但是由于同时性的相对性，在任何其他框架中都不是这样。 因此，在给定Δx'= 1和Δt'= 0的情况下，我们使用逆Lorentz变换在观察者帧S中找到Δt：

这告诉我们，"时钟"上的相邻指针通过黑线之间存在γv/c²的时间延迟，并且由于ω是每只指针旋转一整圈的角频率，因此这意味着相邻指针是 偏移相角为γvω/c²。 注意，ω在两个帧中取相同的值，因为角运动发生在垂直于杆的速度方向的平面上。 忽略杆的向前运动，这就是时钟在框架S中的样子：

这告诉我们杆必须在框架S中绕其轴扭曲。下面的动画比较了杆在每个框架中的外观，左侧为S'，右侧为S：

> Note: the intensity of the twisting is highly exaggerated.

杆不受任何形式的扭力或其他机械变形。 杆本身的几何形状在两个参考系之间是不同的。

您可能已经注意到，对于一篇有关物理学主题的文章，我们实际上并没有真正谈论任何物理学。 这确实是一篇关于几何的文章：时空本身的几何形状，就如何在时空上建立坐标系以及如何在坐标系之间进行转换，时空中定义的移动对象的行为的几何形状以及对 因果结构。 这是有意为之的：相对论是一个几何理论，如果不先了解基础的几何学就不可能完全理解和欣赏相对论物理学。 幸运的是，在这篇文章的续篇中，我们实际上将开始谈论一些实际的物理学。

蛇的演示是一个示例问题的变体，该问题出现在泰勒，扎菲拉托斯和杜布森的《现代物理学家和工程师的第二版》中。 扭杆的例子是沃尔夫冈·林德勒（Wolfgang Rindler）第二版的《狭义相对论简介》中的一个问题。

(本文翻译自Panda the Red的文章《Thinking Relativistically》，参考：https://medium.com/@notaredpanda/thinking-relativistically-77fde6c8808e)