20世纪初,爱因斯坦提出了狭义相对论,扩展了伽利略相对性原理,交换空间,不仅要求力学规律在不同惯性参考系(惯性系)中具有同样形式,空间说说,而且要求其他物理规律在不同惯性系中也具有同样的形式。爱因斯坦还假定在不同惯性参考系中单程光速C是不变的。据此,不同惯性系的空间坐标和时间坐标之间不再遵从伽利略变换,而是遵从非齐次洛伦兹变换。根据这类变换,尺的长度和时间间隔(即钟的快慢)都不是不变的:高速的):对某一个惯性系同时发生的两个事件,对另一高速运动的惯性系就不是同时发生的。在狭义相对论中,四维空间,光速是不变量,因而时间–空间间隔(简称时空间隔)亦是不变量;一些惯性系之间,空间,除了对应于时间平移和空间平移不变性的能量守恒和动量守恒之外,还存在时间–空间平移不变性;因而,存在能量–动量守恒律。根据这一守恒律,可导出爱因斯坦质量–能量关系式。这个关系在原子物理与原子核物理中极为基本。狭义相对论否定了19世纪光以太的存在,电磁波是电磁场自身的波动。这样场就成为与实物有所不同的物质形式。同时,这也否定了牛顿的空间和时间,并通过光速不变原理把一维时间和三维空间联系起来,成为相互联系的四维时间–空间。H.闵可夫斯基首先发现了这一性质,因而称为闵可夫斯基时空。四维闵可夫斯基时空的几何是度规具有符号差的欧几里得几何,其不变群就是非齐次洛伦兹群。
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