Introduktion til den specielle relativitetsteori - Niels Bohr Institutet
Introduktion til den specielle relativitetsteori - Niels Bohr Institutet
Introduktion til den specielle relativitetsteori - Niels Bohr Institutet
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
5 Rumti<strong>den</strong> og fire-vektorer<br />
hvor vi har indført betegnelsen β = v/c. Idet vi som tidligere begrænser os <strong>til</strong> udelukkende<br />
at betragte homogene transformationer, alts˚a transformationer, der lader begivenhe<strong>den</strong><br />
(0,0,0,0) uforandret, udgør ogs˚a X = (ct,x,y,z) en 4-vektor, som vi kan kalde<br />
begivenhe<strong>den</strong>s stedvektor. Ofte ser man X anført som prototypen p˚a en 4-vektor, hvilket<br />
strengt taget kun er korrekt, hvis man husker at anføre, at man kun betragter homogene<br />
transformationer.<br />
Regneregler for Idet transformationsligningerne (5.11) for 4-vektorer er af samme type som transfor-<br />
4-vektorer mationsligningerne (5.6) for 3-vektorer, og alts˚a er lineære og homogene, kan vi benytte<br />
præcis de samme argumenter som for 3-vektorer <strong>til</strong> at vise, at<br />
4-skalar<br />
kvadrat<br />
skalarprodukt<br />
En 4-vektor er enten<br />
tidsagtig, rumagtig<br />
eller lysagtig<br />
i) summen af to 4-vektorer er en 4-vektor;<br />
ii) produktet af en 4-skalar og en 4-vektor er en 4-vektor; og<br />
iii) differentialkvotienten mellem en 4-vektor og en 4-skalar er en 4-vektor.<br />
Her er en 4-skalar defineret som en skalar størrelse (et tal), der er invariant over for<br />
Lorentz-transformationen og dermed har samme værdi i ethvert inertialsystem. En s˚adan<br />
størrelse betegnes ogs˚a en Lorentz-invariant. Lad os her benytte lejlighe<strong>den</strong> <strong>til</strong> at<br />
bemærke, at skalare størrelser, der er invariante over for transformationer i 3-rummet,<br />
i almindelighed ikke er invariante over for Lorentz-transformationen. I særdeleshed er<br />
ti<strong>den</strong>, t, ikke en 4-skalar, og vi opn˚ar derfor ikke en 4-vektor ved at differentiere en given<br />
4-vektor med hensyn <strong>til</strong> t.<br />
Kvadratet p˚a en 4-vektor A = (A0,A1,A2,A3) er defineret ved<br />
A 2 = A 2 0 −A 2 1 −A 2 2 −A 2 3, (5.12)<br />
og <strong>den</strong>s invarians følger direkte af invariansen af kvadratet p˚a prototypen ∆X = (c∆t,<br />
∆x, ∆y, ∆z). Den sidste betegnes ogs˚a ∆s, hvilket retfærdiggør notationen (5.5), som<br />
vi har benyttet flere gange. Størrelsen eller læng<strong>den</strong> af en 4-vektor A skrives |A| eller A<br />
og er defineret ved<br />
A = |A 2 | ≥ 0. (5.13)<br />
For to givne 4-vektorer A = (A0,A1,A2,A3) og B = (B0,B1,B2,B3) er skalarproduktet<br />
defineret ved<br />
A·B = A0B0 −A1B1 −A2B2 −A3B3. (5.14)<br />
Præcis som for (5.10) kan vi benytte invariansen af |A|, |B| og |A+B| <strong>til</strong> at udlede at<br />
ogs˚a skalarproduktet er invariant.<br />
Øvelse 5.1 Eftervis ved direkte anvendelse af (5.11), at skalarproduktet, A · B, af to<br />
givne 4-vektorer er invariant over for en Lorentz-transformation.<br />
5.6 Fire-vektorers geometri<br />
Vi har i Afsnit 5.3 set, hvorledes lyskeglen i forhold <strong>til</strong> sit begyndelsespunkt inddeler alle<br />
rumti<strong>den</strong>s begivenheder i tre klasser afhængig af fortegnet p˚a ∆s2 . Den samme inddeling<br />
80