
【化】 Galilean invariance
伽利略不變性(Galilean invariance)是經典力學中的核心原理,指物理定律的形式在伽利略變換下保持不變。這一概念源于伽利略·伽利雷在1632年提出的相對性原理,即“在勻速直線運動的封閉船艙内,觀察者無法通過力學實驗判斷自身是否處于靜止或勻速運動狀态”。
其數學表達為:當兩個慣性參考系以恒定速度$v$相對運動時,時空坐标的伽利略變換為: $$ x' = x - vt t' = t $$ 在此變換下,牛頓運動方程的形式保持不變,加速度、力等物理量具有不變性特征。
該原理的應用範圍包括:
與愛因斯坦狹義相對論中的洛倫茲不變性不同,伽利略不變性僅在速度遠小于光速時成立。現代物理學中,該原理仍應用于航天器軌道計算、機械系統仿真等宏觀低速領域(來源:國際理論與應用物理聯合會官網)。
伽利略不變性是經典力學中的基本原理,指物理定律在所有慣性參考系中保持形式不變,即使這些參考系之間存在勻速直線運動。以下是詳細解釋:
伽利略不變性(Galilean Invariance)表明,不同慣性系中的觀察者遵循相同的力學規律。例如,在一輛勻速行駛的火車内做力學實驗(如自由落體、碰撞等),實驗結果與地面靜止時一緻,無法通過實驗區分自身是否在運動。
兩個慣性系(如靜止的S系和以速度(v)沿x軸運動的S'系)的時空坐标通過伽利略變換關聯: $$ x' = x - vt y' = y z' = z t' = t $$ 牛頓運動定律(如(F=ma))在變換後形式不變,體現了伽利略不變性。
伽利略相對性原理是其物理表述,強調:
伽利略不變性僅適用于經典力學,不適用于電磁學。例如,麥克斯韋方程組在伽利略變換下形式改變,導緻經典物理學家引入“以太”假說,最終被愛因斯坦的狹義相對論(基于洛倫茲不變性)取代。
這一原理打破了“絕對空間”觀念,為相對論奠定基礎。伽利略本人通過實驗和數學結合的方法研究慣性運動,啟發了牛頓定律的提出。
伽利略不變性是經典力學的基石,強調物理規律在慣性系中的普適性,但其局限性推動了相對論的發展。
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