Свойства преобразований Лоренца

Можно заметить, что в случае, когда преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея. То же самое происходит в случае, когда Это говорит о том, что специальная теория относительности совпадает с механикой Ньютона либо в мире с бесконечной скоростью света, либо при скоростях, малых по сравнению со скоростью света. Последнее объясняет, каким образом сочетаются эти две теории — первая является обобщением и уточнением второй, а вторая — предельным случаем первой, оставаясь в этом качестве верной приближенно (с некоторой точностью, на практике часто очень и очень высокой) при достаточно малых (по сравнению со скоростью света) скоростях движений.

Преобразования Лоренца сохраняют инвариантным интервал для любой пары событий (точек пространства-времени) — то есть любой пары точек пространства-времени Минковского:

Убедиться в этом нетрудно, например, проверив явно то, что матрица преобразования Лоренца ортогональна в смысле метрики Минковского:

определяемой таким выражением, то есть Это проще всего проделать для буста, а для трёхмерных вращений это очевидно из определения декартовых координат, кроме того, сдвиги начала отсчёта не меняют разностей координат. Следовательно, это свойство верно и для любых композиций бустов, вращений и сдвигов, что и составляет полную группу Пуанкаре; как только мы узнали, что преобразования координат ортогональны, из этого сразу следует, что формула для расстояния остаётся неизменной при переходе к новой системе координат — по определению ортогональных преобразований.

В частности, инвариантность интервала имеет место и для случая а значит, гиперповерхность в пространстве-времени, которая определяется равенством нулю интервала до заданной точки — световой конус — является неподвижной при преобразованиях Лоренца (что является проявлением инвариантности скорости света). Внутренность двух полостей конуса соответствует времениподобным — вещественным — интервалам от их точек до вершины, внешняя область — пространственноподобным — чисто мнимым (в принятой в этой статье сигнатуре интервала).

Другие инвариантные гиперповерхности однородных преобразований Лоренца (аналоги сферы для пространства Минковского) — гиперболоиды: двуполостный гиперболоид для времениподобных интервалов относительно начала координат, и однополостный — для пространственноподобных интервалов.

Матрицу преобразования Лоренца при коллинеарных пространственных осях (в системе единиц ) можно представить как:

где . В этом легко убедиться, учитывая и проверив выполнение соответствующего тождества для матрицы преобразования Лоренца в обычном виде.

Если принять введённые Минковским обозначения , то преобразование Лоренца для такого пространства сводится к повороту на мнимый угол в плоскости, включающей ось (для случая движения вдоль оси — в плоскости ). Это очевидно, исходя из подстановки в матрицу, приведенную чуть выше — и её небольшого изменения для того, чтобы учесть вводимую мнимость временной координаты — и сравнении её с обычной матрицей вращения.

Лоренцевское сокращение
l = l₀(1 – β²)^1/2

l Длина стержня – разность координат его концов в одно и то же время (Δt = 0) – зависит от системы отсчёта.

l l₀ – длина покоящегося стержня (собственная длина)

l Продольные размеры движущегося со скоростью β стержня сокращаются:
l = l₀(1 – β²)^1/2