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破解沈博士的三个法宝
[楼主] 作者:平阳睡狮  发表时间:2008/06/12 02:36
点击:1577次

 

破解沈博士的三个法宝

 

沈:反射法测量声速,这是一个小学生的数学应用题,条件完备,完全可以求解.郭先生不必担心. 我浪费一些时间,告诉你这个小学三年级的题目如何计算:
设声波固有声速为C(就是在相对地面静止的参考系测量的固有声速,只与空气特性有关), 火车相对地面的速度是V, 朝墙壁驶去.
下面,让火车发射声波,一切以火车为参考系做计算,设声速为x(待求);以火车为参照,墙壁朝火车运动过来,速度为V. 这样,发射的声波与墙壁相向运动,声波到达墙壁的时间为T, 则
xT+VT=L1, 就是T=L1/(x+V). (1)

在时间T之内,墙壁靠拢火车距离为VT, 所以墙壁接收到声波的时候,墙壁与火车距离为
L2=L1-VT. (2)
代(1)入(2), 得到
x=VL2/(L1-L2). (3)
这不求出来了吗?
由于L1, L2, V原则已知(这些数据实验上可以知道,不成问题),所以声速x可求.

以上是我的第一个法宝,以火车为参考系.

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郭:如果当火车以速度V经过某地点A时(设地点A与墙壁之间的距离为Ll),触动了固定在A地点的发射器,发射器发出一个声波信号,该声波信号相对于墙壁(空气相对于墙壁静止)经过时间t从地点A传播到墙壁。当该信号经过时间t到达墙壁时,火车运动到地点B,地点B与地点A之间的距离AB=Vt。设地点B与墙壁之间的距离为L2,则有L2=L1-Vt,求t,得t=(L1-L2)/V。等式两边同时除以L2,可得L2/t=VL2/(L1-L2)。那么L2/t应该代表什么量值呢?我认为,以火车为参照系,L2/t代表着该声波信号相对于火车的传播速度;在包括沈建其博士等所有信奉主流物理学理论的人士看来,当火车经过地点A时,无论是火车发出声波信号还是固定在地点A的发射器发射信号,二者完全等价,毫无区别。这意味着,沈博士的第一个法宝不过是以假乱真、自欺欺人的"第一个法宝"而已。
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沈:我下面以墙壁为参考系,愿意传授给你第二个法宝:
(3)可以写为:
x=V/(L1/L2-1) (4)
所以,如果知道L1/L2,我们可以进一步化简x.
以墙壁为参考系,声波有固有速度C. 声波到达墙壁的时间是L1/C.
在时间L1/C之内,火车运动了VL1/C, 那么
L2=L1-VL1/C,
得到
L2=L1(1-V/C),
所以L1/L2=1/(1-V/C). 代入(4),得到
x=C-V. (注意,不要算错,这里计算要小心,一不小心就要代错)
这就得到了运动参考系与静止参考系之间的声速关系x=C-V.

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郭:U=VL2/(L1-L2)还可以写成U=V/(L1/L2-1)。

设空气相对于墙壁静止,声波信号以声速C从地点A传播到墙壁,可知t=L1/C;又知经过时间t,火车运动的距离AB=Vt,得AB=VL1/C。有L2=L1-VL1/C=L1(1-V/C),得L1/L2=1(1-V/C)。最终得到U=C-V(这步推导确实容易出错),那么U应该代表什么量值呢?见仁见智吧!我认为,以墙壁为参照系,无法赋予"U"一个有实在意义的内涵。这意味着,沈博士的第二个法宝中,推导出的是一个说不清、道不明的量值"x",不过是以假乱真、自欺欺人的"第二个法宝"而已。

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沈:既然郭先生提到了"声速=频率×波长"关系式,那么我告诉你我的第三个法宝:利用声波的波动解与Galileo变换来得到x=C-V:
我们知道,波动解是exp[-i(w't'-k'x')], 其中指数部分w't'-k'x'中, w'是地面参考系中的声波角频率, k'是地面参考系中的声波波矢, x'是地面参考系的坐标. 那么根据"声波速=角频率/波矢",我们就有w'/k'=C.
注意,我的"声波速=频率/波矢"等价于郭先生的"声速=频率×波长".
下面来看火车参考系,设火车参考系的坐标为x, 那么根据Galileo变换, x=x'-Vt', t=t',
代x'=x+Vt代入指数部分w't'-k'x',我们得到
w't'-k'x'=w't-k'(x+Vt),
右边还可以化为:
(w'-k'V)t-k'x.
这就是火车看到的声波振幅的指数部分. 由此我们可以看出, 在运动参考系看来, 声波的波矢k'不变,那么波长也就不变(波长=2*pi/k', pi为圆周率),但频率发生了变化,火车观察者看到的频率是w'-k'V. 这就是Doppler效应.
根据"声波速=频率/波矢", 我们得到火车看到的声速x=(w'-k'V)/k'=C-V.
所以,我从新的角度,也就是你要的"声速=频率×波长"角度,又得到了火车看到的声速x=C-V.
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郭:依据Galileo变换,要求t值在两个参照系不变,x=x'-Vt(两个参照系以速度V相互靠近),有2πf(t-x/C)=2πf[t-(x'-Vt)/C]= 2πf[t(1+V/C)-x'/C]= 2πf(1+V/C)[t-x'/(C+V)].设f'= f(1+V/C),则2πf(t-x'/C)=2πf'[t-x'/(C+V)]。我认为,利用Galileo变换,偏微分波动方程无法服从相对性原理,其必然存在特殊参照系(在介质中静止的参照系)。在相对于该参照系匀速直线运动的其它参照系中,都不可避免地存在(C+V)(C+V)项,如(K/ρ+V)(K/ρ+V)。这意味着,沈博士的在第三个法宝中,"w't'-k'x'=(w'-k'V)t-k'x"和"w't'-k'x'=wt-kx"在Galileo变换条件下,看似服从相对性原理,实质违背相对性原理,不过是以假乱真、自欺欺人的"第三个法宝"而已。

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沈:以上三宝, 我并不轻易示人,今日破例!!
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郭:以上三宝,曾蒙沈博士示我,今日破解!!

沈博士的三宝只属于经典物理学波动理论的三宝,在狭义相对论中,哪个都不能适用。

不当之处,请予指正。言辞玩笑,请予宽容。

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[楼主]  [2楼]  作者:平阳睡狮  发表时间: 2008/06/14 00:20 

若将x'=(x-vt)/sqrt(1-vv/uu)和t'=(t-vx/uu)/sqrt(1-vv/uu)分别代入w't'-k'x'中,结果如何?请沈博士也分析一下。

 [3楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2008/06/14 00:27 

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 [4楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2008/06/14 00:37 

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[楼主]  [5楼]  作者:平阳睡狮  发表时间: 2008/06/14 00:39 

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 [6楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2008/06/14 00:41 

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[楼主]  [7楼]  作者:平阳睡狮  发表时间: 2008/06/14 00:45 

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 [8楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2008/06/14 00:45 

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[楼主]  [9楼]  作者:平阳睡狮  发表时间: 2008/06/14 00:51 

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 [10楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2008/06/14 00:52 

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[楼主]  [11楼]  作者:平阳睡狮  发表时间: 2008/06/14 00:56 

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 [12楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2008/06/14 00:56 

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[楼主]  [13楼]  作者:平阳睡狮  发表时间: 2008/06/14 01:00 

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 [14楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2008/06/14 01:04 

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[楼主]  [15楼]  作者:平阳睡狮  发表时间: 2008/06/14 01:09 

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 [16楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2008/06/14 01:11 

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[楼主]  [17楼]  作者:平阳睡狮  发表时间: 2008/06/14 01:19 

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 [18楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2008/06/14 01:19 

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[楼主]  [19楼]  作者:平阳睡狮  发表时间: 2008/06/14 01:25 

沈:注意,我说的是基本物理常数(光速c), 这个c身份是基本常数,不是光的速度,虽然它与光的速度大小一样.

郭:宇宙中不可能存在任何“绝对的基本常数”,因为宇宙中的物质和能量绝对不是均匀分布的,光速可变就象声速的大小随空气的温度变化而变化一样,在理论上是可以预见的。真空中的光速在宇宙中绝对不是一个基本常数,c变是因ε、μ变,但与v变无关。
 [20楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2008/06/14 01:28 

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[楼主]  [21楼]  作者:平阳睡狮  发表时间: 2008/06/14 01:28 

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[楼主]  [22楼]  作者:平阳睡狮  发表时间: 2008/06/14 01:32 

本帖属于我和沈博士的学术辩论帖,同样欢迎感兴趣的朋友参与辩论,恳请大家不要发与主题无关的版聊。

谢谢合作!

 [23楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2008/06/14 01:34 

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 [24楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2008/06/14 01:38 

郭:宇宙中不可能存在任何“绝对的基本常数”,因为宇宙中的物质和能量绝对不是均匀分布的,光速可变就象声速的大小随空气的温度变化而变化一样,在理论上是可以预见的。真空中的光速在宇宙中绝对不是一个基本常数,c变是因ε、μ变,但与v变无关。
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SHEN RE: 我承认, 从宇宙演化角度讲,所有基本常数都随着能标而变,而且, 量子电动力学已经测量了ε的随着相互作用能量变化而变化.

但这是其他层次的问题,与你我当前问题没有直接关系.
[楼主]  [25楼]  作者:平阳睡狮  发表时间: 2008/06/14 01:40 

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 [26楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2008/06/14 01:50 

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[楼主]  [27楼]  作者:平阳睡狮  发表时间: 2008/06/14 01:59 

这就是理想实验与真实现象之间的区别。只有通过分析简单却典型的理想实验,才能总结出基本原理。你我在辩论火车实验时,你的观点是声速不受火车运动的影响,我的观点是声速必受火车运动的影响。然而,真实现象只会支持你的观点,不会支持我的观点。所以我只能通过理想实验佐证我的观点。
[楼主]  [28楼]  作者:平阳睡狮  发表时间: 2008/06/14 02:50 

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 [29楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2008/06/15 12:16 

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 [30楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2008/06/15 12:21 

对于自由传播的问题,你的计算都正确(这不同于我过去遇到的情况,那里他们连基本问题都理解或者算错),因此我们之间应该有很好的立足点.
对于边界传播(包括火车推动附近空气), 声波的发射是一个复杂情形,不再是单频率波,波速与波长的定义不同于自由情形.
这些你都知道. 那么你应该能很好的理解我29楼的话了. "理性创新思维"你就不要提了.

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