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相对论问题的试金石!
[楼主] 作者:hudemi  发表时间:2008/05/09 17:53
点击:4279次

 

设有两相对运动的参考系A、B(A、B分别为两坐标系的原点),当两参考系原点重合的瞬间,自A(B)点处发出一闪光。试问,经过一段时间后,静止在A系中的观察者能够观察到的光波阵面是以A点为球心的球面(如图1所示,已将三维简化为二维,下同),还是以B点为球心的球面(如图2),抑或是这两个球面(如图3)?

请正反两方面的人士严格按照相对论观点和逻辑明确回答。如果您认为有另外选择,请作图说明。(需要说明的是,上图是示意性的,没有考虑实际观察中的时延问题,观察者实际观察到的是"球面"还是"随球面"不是我们要讨论的,请不要在这方面做文章,我们要讨论的是能观察到几个波阵面及其中心位置。)

 

(欢迎转载,但务请注明出处)

 

黄德民

 

本帖地址:http://club.xilu.com/hongbin/msgview-950451-108390-1.html[复制地址]
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[楼主]  [2楼]  作者:hudemi  发表时间: 2008/05/09 18:10 

从近期的讨论情况面,沈建其等人已基本认同了我的观点,这是一个巨大的进步!!但还有一些问题有分岐,我决定分此贴,更加细致、更加严密地讨论一次。我相信,从中将引出许多惊人结论,欢迎大家讨论和关注。
 [3楼]  作者:拉方  发表时间: 2008/05/09 18:55 
 [4楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2008/05/09 19:20 

我觉得没有必要更加细致、更加严密地讨论一次了.
您直接根据牛顿力学或者根据相对论,站在列车上计算那个列车闪光问题就可以了,一方面这可以跟我的计算对照,另一方面您可以扮演我的角色,设身处地替我想想,这样就可以避免误解我的计算.

那些选择题,其实对我而言,也没有必要出现. 问题多了,除了导致彼此发散性争论以外,没有意思.
 [5楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2008/05/09 19:25 

静止在A系中的观察者能够观察到的光波阵面当然是以A点为球心的球面, 因为A点是发光点,是光源放光一刹那的位置;
静止在B系中的观察者能够观察到的光波阵面当然是以B点为球心的球面,因为B点是发光点,是光源放光一刹那的位置;


这个问题不是早已讨论过了吗?

此外, 光源在A系与B系都有它自己的运动方程. 所以光源如果后续再发光,那么会有新的光波阵面产生,具有新的中心.
 [6楼]  作者:刘久明  发表时间: 2008/05/09 19:45 

以上问题,沈的分析是符合相对论基本思想的。
按照相对论,由于只是一个闪光,所以A和B都认为自己才处于光源的中心,这也是相对论光速不变原理的原始意义。
正如沈先生所说,如果有后续发光,将会有新的中心,这取决与光源的速度,这个速度又可能是不同于A和B的第三速度。
也正是从这个意义上说,相对论的光速不变,导致了光现象的独立性,利用光信号作相对论参照系变换是不可能的,所以我经常讲这是一个数学魔术。
[楼主]  [7楼]  作者:hudemi  发表时间: 2008/05/09 21:14 

对【5楼】说:

建其:

你不要心急!目前说的问题确实是我们已讨论过的(你也认可过的),但毕竟我们还未完全达成一致。我只不过是以此共同点为起点往下讨论。最终你将发现,还有几个更惊奇的结论在等着我们。让我们共同努力。

另外,并不是只我们两人在讨论,还有其他也在一起讨论,我希望是大家一起达成共识,而不仅仅是我们两。例如,宋协刚先生是很有水平的人,但他目前就还不认同我们的观点,我希望从头讨论起,让他明白。

后面,我计划将我们每次形成的共识和结论用大号红体字明确标出。根据我们目前的讨论,我简单归纳一下形成如下结论:

观察者观察到的光都是他自己(参考系)时空中呈现出来的光,他观察不到其他时空中呈现的光。

不知你还有没有不同意见。若没有不同意见。后面我将以红体字的形式作为结论给出。

 

[楼主]  [8楼]  作者:hudemi  发表时间: 2008/05/09 21:19 

对【6楼】说:

久明兄:

这个问题是我和沈建其已讨论过的,我们已有共识,按相对论的观点确实是各个参考系的观察者观察到的光波都是在自己参考系时空中呈现的。

根据近期的讨论,我简单归纳一下形成如下结论:

观察者观察到的光都是他自己(参考系)时空中呈现出来的光,他观察不到其他时空中呈现的光。

不知你还有没有不同意见。若没有不同意见。后面我将以红体字的形式作为结论给出。

 

 [9楼]  作者:刘久明  发表时间: 2008/05/09 22:10 

在相对论中,观察者只能看到各自参照系中呈现出来的光。这是相对论光速相对任何参照系不变的必然推论。沈先生当然会同意这个讨论结论。
这也是我经常开玩笑说相对论中的光是聪明的,它知道有多少不同运动状态的参照系,所以它能够表现出任意多种不同的传播状态。
 [10楼]  作者:sxgdyl  发表时间: 2008/05/09 22:23 

在相对论中,观察者只能看到各自参照系中呈现出来的光,这种观点是错误的。

这里涉及一种选择,那就是,我们通常都是以观察者自己为“中心”或参照来描述问题、分析问题的。但并不是说,观察者必须或只能以自己为参照来研究问题,只能研究或看到光相对自己的运动。“观察者只能看到各自参照系中呈现出来的光”,实质上就是对这一问题的误解。每个观察者都可以“看到”光相对自己的情况,也可以看到光相对其它参照系的情况。
 [11楼]  作者:刘久明  发表时间: 2008/05/09 22:52 

宋先生:
您说:“在相对论中,观察者只能看到各自参照系中呈现出来的光,这种观点是错误的。”
您的本意是“相对论的这种观点是错误的”还是“……这样理解相对论是错误的”?

我会同意您说的:“每个观察者都可以“看到”光相对自己的情况,也可以看到光相对其它参照系的情况”,但不是在相对论中。在相对论中,我们都知道光速相对任意参照系都不变,那么如果一个观测者是如何看到光速相对自己不变,并且也相对其它参照系不变的?所以我还是坚持,“在相对论中,观测者看到的其它观测系的现象,不是那个观测系自己看到的现象,如“同时性的相对性”等……”
我想回答这个问题,必须严格地按相对论的思路去理解,这也是黄德民先生事先的约定。先不讨论相对论的对错,先确定对相对论的理解是否准确,然后才能和相对论者对话。用我经常使用的一句话说,就是要约定一个讨论的底线。


[楼主]  [12楼]  作者:hudemi  发表时间: 2008/05/09 22:55 

对【9楼】说:
好!看来久明兄已经确认观察者只能观察到自己参考系时空中的光!
[楼主]  [13楼]  作者:hudemi  发表时间: 2008/05/09 23:00 

对【10楼】说:

宋先生:

我的主题贴交待得很清楚,请您严格按相对论的思想和逻辑回答,不要加入自己的假设!!!

既然您不同意建其、久明和我的看法,那么请您明确回答主题贴的答案应该是图1、图2还是图3,如果3个备选答案您都不同意,请您阐述理由,作图说明。

 [14楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/05/09 23:52 

黄先生,

我来分析你的话。

你的话中3次用到光。这3个光字应该是一个意思。
我把光解释成光事件。我想大家应该没有异义。
你的话的后半部分就改写成如下:
他观察不到其他时空中呈现的光事件。
进而改写成: 他观察不到其他光事件。

我想除非事件发生在一个封闭的体系内,否则该事件应该被任何人看见。所以你的话应该改为他观察不到光事件在其他时空中呈现。

就算这样改,我还是觉得不好。
我们一会说观察光事件,一会说观察光呈现。那么我们到底观察的是事件还是呈现呢?事件和呈现又是两个不同概念。不能混在一起用。
所以我认为连观察光呈现的说法都不妥。
一个事件可以是物体从A点移动到B点。呈现是AB在参考系的位置及物体在参考系内的运动时间。这些呈现的内容都是观测的结果。我们说观测呈现,不就等于说我们观测观测的结果吗。这太别扭了。

所以我认为只应该说观测事件,而不提观测呈现。

A观察者观察的光(事件)也是B观察者观察的光(事件)。
A观察者观察的结果(呈现或观测报告)和B观察者观察的结果不一样。

或者只提观测光呈现,不提观测光事件

观察者观察到的是光事件在他自己(参考系)时空中的呈现,他观察不到光事件在其他时空中的呈现。

 [15楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/05/10 01:22 
 [16楼]  作者:sxgdyl  发表时间: 2008/05/10 08:38 

[楼主] [13楼] 作者:hudemi 发表时间: 2008/05/09 23:00 [加为好友][发送消息][个人空间]回复 修改 来源 删除对【10楼】说:

宋先生:

我的主题贴交待得很清楚,请您严格按相对论的思想和逻辑回答,不要加入自己的假设!!!

既然您不同意建其、久明和我的看法,那么请您明确回答主题贴的答案应该是图1、图2还是图3,如果3个备选答案您都不同意,请您阐述理由,作图说明。

---------------------------------------------------
你的这种图以前在新华网上我做过类似的分析。我们谈“球面”的时候,通常隐含了一个前提,那就是以某个坐标系的“同时”为出发点,所画得个点,包括时空点和光线的轨迹点都是某一坐标系的“同时”组合。在这种前提下,相对论不能把两个坐标系中的“同时”球面画在一起,包括有些教材都因此出现错误。

以此为前提来说,如果你认为图3是某个坐标系“看到”的两个“同时球面”,这是错误的,图1、图2则是正确的。

要想同一坐标系中画出两个球面,则需要改变前提。所画的时空点不能全部表示某坐标系的“同时”组合,可以以光线轨迹来画,这样同一光线的不同轨迹点有不同的“时间”,这需要有一定的想象力。

比如以A系为基础来画这个图,那么,以光的产生点为基准点,光线以放射的形式代表,“时间”大小沿着每条放射线增大。在此基础上,你可以画出无数的不同“球面”。凡是以基准点为球心的“圆球面”都是A系的同时组合面,也就是我们通常理解的A的“波阵面”。但是,我们也可以不按A的“同时”来组合“球面”,如此组合的球面也是千千万万的,这种球面不是我们通常思维所理解的“波阵面”,而其他坐标系所“看到”的“同时组合球面”都属于其中的一员。

大家可以自己来画这种“球面”,这里我就不画了。

 [17楼]  作者:sxgdyl  发表时间: 2008/05/10 09:08 

[14楼]

A观察者观察的光(事件)也是B观察者观察的光(事件)。
A观察者观察的结果(呈现或观测报告)和B观察者观察的结果不一样。


或者只提观测光呈现,不提观测光事件

观察者观察到的是光事件在他自己(参考系)时空中的呈现,他观察不到光事件在其他时空中的呈现。

-------------------------------------------------
把“呈现”理解为描述结果,这种思路是正确的。

按照这种思路来分析。在相对论中,对于相同的描述对象,不同的坐标系可以有不同的描述结论或“呈现”,这是很正常的。

比如说,我们来研究物体A相对物体B的速度。在相对论中,每个坐标系得到的结论是不同的,我们可以说每个坐标系都有自己的“呈现”。至于其中的原因,这里也多少做点说明。每个坐标系的描述对象是相同的,都是“物体A相对物体B的速度”,可为什么会有不同的“呈现”呢?我们只要分析一下影响描述结论或“呈现”的相关因素就能找到答案。有人说,一定是观察者不同引起的。其实,与观察者没有关系,真正的区别是观察者采用的计量工具、计量方法等。通常情况下,观察者隐含采用所在坐标系的计量工具和计量方法。这才是相对论中,对于同一研究对象,不同坐标系有不同描述结论或不同“呈现”的真实原因。

相比相对论,牛顿力学有所不同。在牛顿力学中,(同一时刻)物体A相对物体B的速度在所有坐标系中的“呈现”或描述结论都是相同的,这是各坐标系计量工具、计量方法等效的象征。

我们也可以再做一个结论性的对比。

在相对论中,对于不同坐标系的计量结果来说,光相对“自己”的速度是不变的,一个物体相对另一物体的速度是变化的,包括一个光子相对某一固定坐标系的速度都是变化的。在牛顿力学中,对于不同坐标系的计量结果来说,光相对“自己”的速度是变化的,一个物体相对另一物体的速度是不变的,包括一个光子相对某一固定坐标系的速度都是不变的。
[楼主]  [18楼]  作者:hudemi  发表时间: 2008/05/10 09:37 

fuj0 :
你改的不妥!请你仔细体会一下“一个物体、各自呈现”或“一个事件、各自呈现”的说法。虽然这句话是我个人说的,但是严格按照相对论思想和逻辑总结的,目前已得到沈建其等人的认同。
“一个物体、各自呈现”:比如,一个物体,它在各个不同的参考系中呈现的长度是不同的,但物体只有一个
“一个事件、各自呈现”:比如,一个闪光事件,它在各个不同的参考系中分别呈现出各自的闪光点和波阵面,但事件只有一个;
你将“各个参考系时空中呈现的光”改为“光事件”,就会出现各个参考系各有一个“光事件”这样的理解,事实上,A、B参考系共同拥有的是一个闪光事件。
但你最后改的“观察者观察到的是光事件在他自己(参考系)时空中的呈现,他观察不到光事件在其他时空中的呈现。”倒是对的,与我原来的说法没有区别。
[楼主]  [19楼]  作者:hudemi  发表时间: 2008/05/10 09:49 

宋先生:

1、请你不要过多地琢磨“球面”的问题,我的主贴说的很清楚,我们现在不是讨论真实观察中的球面形状问题,只讨论A(或B)系的观察者任意时刻能观察到“几个”波阵面的问题以及他认为闪光点在哪里。
2、“把“呈现”理解为描述结果”,是一个严重错误的说法!“呈现”是一种事实,而“描述”是对事实的陈述。请您严格加以区分。比如天空中有一道彩虹、花盆有一朵花,这叫“呈现”,是它们“呈现”在您面前,是事实,是存在!而“描述”则是用语言去说这个事实。

不管怎么说,从您16贴的回复来看,您已承认观察者在任意时刻都不会看到两个波阵面,即A系的观察者只能观察到A系的波阵面,而不能观察到B系的波阵面。反过来也一样,对不对?
 [20楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/05/10 10:37 

对【18楼】说:

黄先生,

我认为你没有认真看我的帖子。

我完全同意“一个物体、各自呈现”或“一个事件、各自呈现”,“观察者观察到的是光事件在他自己(参考系)时空中的呈现,他观察不到光事件在其他时空中的呈现。”

你的原文如下:

观察者观察到的光都是他自己(参考系)时空中呈现出来的光,他观察不到其他时空中呈现的光。

你的原文有3个光字。如果光只有两个意思1光呈现2光事件。你能告诉我你的三个光是怎么解释吗?

 

另外黄先生,我觉得很奇怪,你老是强调他观察不到光在其他时空中呈现。

其实这个说法大家一点疑义都没有。这个说法不仅相对论,连牛顿运动学也承认。

你是不是有以下想法:?

不同的呈现是不同的研究对象。因此呈现只能一个一个单独研究,不能把两种呈现放在一起研究。如果把两种呈现放在一起研究就像是同时研究两件事,或者就像是把两个相悖的命题放在一起做推导,结果必然是错的。

 [21楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/05/10 10:52 
 [22楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/05/10 11:00 

宋先生,
感谢你的回应
我对相对论和牛顿力学非常熟悉,没有一点疑义.
请你不要给我做基础讲解了.
我只是想帮黄先生把问题搞清
 [23楼]  作者:张崇安  发表时间: 2008/05/10 11:07 

德民的这个问题我认为应该先核实光源是捆绑在A系还是B系,物理学不是数学,是要有物理条件在先的!

不过,我上述的看法完全是牛顿思想为立足点的,如果按照相对论既否定以太,又否定光速与源速相关的思想,那么,德民的这个主帖必然让相对论患者难以回答!因为两个参照系会有矛盾的结论,而且无法判定是非!

无法判定是非的理论还有价值吗?大概只有实用主义价值了!——因为实用主义那里,谎言也是有价值的!

[楼主]  [24楼]  作者:hudemi  发表时间: 2008/05/10 11:22 

[20楼] 作者:fuj0 发表时间: 2008/05/10 10:37 [加为好友][发送消息][个人空间]回复 修改 来源 删除对【18楼】说:

黄先生,

我认为你没有认真看我的帖子。

我完全同意“一个物体、各自呈现”或“一个事件、各自呈现”,“观察者观察到的是光事件在他自己(参考系)时空中的呈现,他观察不到光事件在其他时空中的呈现。”

你的原文如下:

观察者观察到的光都是他自己(参考系)时空中呈现出来的光,他观察不到其他时空中呈现的光。

你的原文有3个光字。如果光只有两个意思1光呈现2光事件。你能告诉我你的三个光是怎么解释吗?

======================================

FUJO:
如果你非要加区分“光呈现”和“光事件”:那么这3个“光”字都表示“光呈现”,只不过后两个“光”字的前面已经的“呈现”二字,所以不必再说。
[楼主]  [25楼]  作者:hudemi  发表时间: 2008/05/10 11:25 

[22楼] 作者:fuj0 发表时间: 2008/05/10 11:00 [加为好友][发送消息][个人空间]回复 修改 来源 删除宋先生,
感谢你的回应
我对相对论和牛顿力学非常熟悉,没有一点疑义.
请你不要给我做基础讲解了.
我只是想帮黄先生把问题搞清
=================================
FUJO:
欢迎你一起讨论!这并不是帮我把问题搞清楚。只要你愿意讨论,而且尊重逻辑与事实,最终被说服的必然是你,我有这个信心。
[楼主]  [26楼]  作者:hudemi  发表时间: 2008/05/10 11:29 

[23楼] 作者:张崇安 发表时间: 2008/05/10 11:07 [加为好友][发送消息][个人空间]回复 修改 来源 删除德民的这个问题我认为应该先核实光源是捆绑在A系还是B系,物理学不是数学,是要有物理条件在先的!

不过,我上述的看法完全是牛顿思想为立足点的,如果按照相对论既否定以太,又否定光速与源速相关的思想,,那么,德民的这个主帖必然让相对论患者难以回答!因为两个参照系会有矛盾的结论,而且无法判定是非!

无法判定是非的理论还有价值吗?大概只有实用主义价值了!

================================
崇安兄:
欢迎参与讨论!
不过目前此贴还暂时不能让相对论现出矛盾。因为按相对论的观点完全可以回答为:A系的观察者“能且只能”观察到的光是以A点为闪光中心的波阵面;B系的观察者“能且只能”观察到的光是以B点为闪光中心的波阵面。这并不矛盾,本身就是相对论的思想。
 [27楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/05/10 11:44 

黄先生,

我觉得很奇怪,你老是强调他观察不到光在其他时空中呈现。

其实这个说法大家一点疑义都没有。这个说法不仅相对论,连牛顿运动学也承认。

你是不是有以下想法:?

不同的呈现是不同的研究对象。因此呈现只能一个一个单独研究,不能把两种呈现放在一起研究。如果把两种呈现放在一起研究就像是同时研究两件事,或者就像是把两个相悖的命题放在一起做推导,结果必然是错的。

[楼主]  [28楼]  作者:hudemi  发表时间: 2008/05/10 11:53 

[27楼] 作者:fuj0 发表时间: 2008/05/10 11:44 [加为好友][发送消息][个人空间]回复 修改 来源 删除黄先生,

我觉得很奇怪,你老是强调他观察不到光在其他时空中呈现。

其实这个说法大家一点疑义都没有。这个说法不仅相对论,连牛顿运动学也承认。

你是不是有以下想法:?

不同的呈现是不同的研究对象。因此呈现只能一个一个单独研究,不能把两种呈现放在一起研究。如果把两种呈现放在一起研究就像是同时研究两件事,或者就像是把两个相悖的命题放在一起做推导,结果必然是错的。

===========================
FUJO:
只要你承认“他观察不到光在其他时空中呈现,其实这个说法大家一点疑义都没有”就行了!
但你后半句话是错误的,这种观点只适用于相对论,不适用于牛顿力学。因为只有在相对论中,才有“各个不同的观察者有各自不同的时空”的说法。在牛顿力学中,只有一个大家认同的统一的空间,不存在你的空间我的空间的说法。
至于你后面的说法,仅是你的猜想,我不会这样做。只要你承认“观察者观察不到光在其他时空中的呈现”,其妙用自然在后面的讨论中会出现(第二阶段的讨论),这也是我重点强调的原因。
 [29楼]  作者:张崇安  发表时间: 2008/05/10 11:56 

照相对论的说法,闪光点究竟位于哪个系永远是没有意义的问题!那么,在相对论那里,真理也就是相对的了!正是“公说公有理,婆说婆有理”!
如果你的对手是这样一味狡辩的人,你能和他狡辩出什么?他完全可以拿谎言当真理!完全可以把红的命名为白的,你有什么办法?
 [30楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/05/10 11:58 

黄先生,
我有一个很不好的毛病,就是研究问题太认真,非把问题说清楚不可。
我知道自己有这个毛病,所以刚来的时候不愿意参加具体问题的讨论。可是后来还是陷进去了。

我不用说服这个词,毕竟还有面子问题。
咱们就把问题搞清楚就行了。我刚研究相对论时,也是满脑子的疑问。

你把光解释成光呈现。这与我的理解不一样,但是先放下,也许只是名词之争。
请你先回答我上贴的问题

谢谢

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