伽利略变换

一种非相对论效应下的经典时空变换理论
伽利略变换(Galilean transformation)是伽利略相对论中的一组方程,能够将匀速运动的两个参考系中的时间和空间坐标联系起来,其推导的理论基础是经典体系下的绝对时间和绝对空间理论。[1]经典力学作用下,时间与空间相互独立,此时的时空坐标变换理论即为伽利略变换,它保证了时间和空间的尺度在不同惯性系中观测的一致性;但在狭义相对论中,时空是相关的,此时的时空坐标变换理论为洛伦兹变换,描述了时间和空间尺度在不同惯性系中观测量的改变。[3]
伽利略变换的思想最早出现在1632年伽利略(Galileo Galilei)所写的《Dialogue Concerning the Two Chief World Systems》一书中关于相对性原理的论述中,用来反驳当时反对地球运动论的各种实验,有力的说明了地球运动的合理性[4];之后庞加莱进一步提出了相对性原理,将所有物理规律变换到相对空间中。[5]经过历代科学家的不断推广,伽利略变换的思想和理论基础不断完善,最终在21世纪初期正式确立了伽利略变换的名称。[6]
总的来说伽利略变换作为经典力学中时空变换的基础性方程,在经典力学的诸多领域都有广泛应用;其体现出的伽利略相对性原理,更是为之后的牛顿相对性原理和爱因斯坦相对性原理奠定了基础。时至今日,相对性原理及其衍生变换理论在宇观尺度上仍然是物理学和天文学的基准,并且关系到引力和暗宇宙的演化,具有较大的物理意义。[7][8][2]

简史

伽利略变换实际上并不是由伽利略提出的,之所以被称为伽利略变换,很大程度是由于伽利略变换是从伽利略提出的相对性原理中产生的。[3]1632年,伽利略在他的著作《Dialogue Concerning the Two Chief World Systems》中提出“只要运动是均匀的,⽽不是这样那样波动,你就会发现所有提到的那些事情都没有丝毫变化,你也⽆法从其中任何⼀个事情中判断出船是在移动还是静⽌不动”,这往往被认为是伽利略相对性的最早出处。[4]