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一点感想:企图寻找相对论的矛盾的工作最终都是徒劳.
[楼主] 作者:jqsphy  发表时间:2001/12/16 04:50
点击:834次

企图寻找相对论的矛盾的工作最终都是徒劳 狭义相对论有多种数学表述方法,如初等代数,线性代数,群论,罗巴切夫斯基几何等表述.这个网站上的人大多只熟悉初等代数的表述.的确,初等代数表述看起来很不舒服,总是让人感觉不放心:相对论里是不是会有矛盾存在?这个问题我以前也经常问自己,也自己给自己提过一些问题,有时真的以为自己抓到了相对论的把柄.但是,你如果学过线性代数,群论,罗巴切夫斯基几何等表述,你不得不为相对论的自洽性所折服.你会明白:企图寻找相对论的矛盾的工作最终都是徒劳.所以我从来都不愿意提这些实际的宏观思想实验.你以为自己抓到了相对论的毛病,实际上是因为你自己对他懂得不够. 从数学上或其他地方来挑相对论的矛盾,没有必要.相对论是自洽的,不存在矛盾.即使自然界不按照相对论行事,相对论作为一个封闭体系,它也是无矛盾的.这一点上我有点支持HUDEMIN说法,相对论不合理,但有用.也许相对论不合理,但它并无矛盾. 所以批判相对论有无矛盾,没有必要. (从哲学上批判,那就太泛) J.Q.SHEN
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 [2楼]  作者:老鹤  发表时间: 2001/12/16 14:09 

即使自然界不按照相对论行事,相对论作为一个封闭体系,它也是无矛盾的?
你这话是不是有点心虚啊?~~不会是靠相对论吃饭的吧?请问物理是干什么的?难道不是为了认识自然界运行的规律吗?如果一个物理理论象你说的那样与自然界的行事不相干,谁会愿意相信它呢?又为什么要相信它呢?这不是矛盾又是什么?...... 物理学中究竟应该如何处理理论和实践之间的关系,这是一个大问题,其实还有很多重要的原则应该遵守.这些原则在伽利略<对话>中有很多的体现,伽利略对当时"科学界"的挖苦对现在的科学界或许更适用?~~ 正不压斜,则斜必压正. 反相对论,扭转科学认识的歧途,还需要你我的共同努力.
 [3楼]  作者:老鹤  发表时间: 2001/12/16 14:10 

即使自然界不按照相对论行事,相对论作为一个封闭体系,它也是无矛盾的?
你这话是不是有点心虚啊?~~不会是靠相对论吃饭的吧?请问物理是干什么的?难道不是为了认识自然界运行的规律吗?如果一个物理理论象你说的那样与自然界的行事不相干,谁会愿意相信它呢?又为什么要相信它呢?这不是矛盾又是什么?...... 物理学中究竟应该如何处理理论和实践之间的关系,这是一个大问题,其实还有很多重要的原则应该遵守.这些原则在伽利略<对话>中有很多的体现,伽利略对当时"科学界"的挖苦对现在的科学界或许更适用?~~ 正不压斜,则斜必压正. 反相对论,扭转科学认识的歧途,还需要你我的共同努力.
[楼主]  [4楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2001/12/16 14:33 

理论物理组一段对话 发信站: BBS 水木清华站 (Mon Oct 8 15:29:58 2001) 发生在一个老师和一个学生之间 老师:最近在学什么? 学生:学了点规范场,还有它的几何理论。 老师:哦,你觉得那些数学描述是本质的吗?或者说仅仅是一种巧合的描述方法? 学生:我觉得那么漂亮的理论肯定有他本质的地方存在,但是这些地方不如规范场的拉 格朗日理论那么直观。我暂时还不能完全理解联络和规范场的对应究竟意味着什么。 老师:那你觉得我们用联络这一套东西来描述场是为什么? 学生:我暂时觉得这仅仅指因为二者的数学结构是相同的。其实我们似乎不应该要求他 们二者之间发生太多的联系,毕竟在历史上二者是完全独立的发现和发展的。 老师:你觉得任意的一个数学结构一定能找到它的物理实在的对应吗? 学生:这我没有想过,但是,好像不行。如果反过来肯定是成立的。任意一个物理实在 应该能对应一个数学结构,不然我们根本无法描述它。 老师:但是到目前为止我们发现了越来越多的数学和物理发生了联系,其中有些是原来 被认为永远是数学家的游戏的。 学生:我认为数学结构不一定能找到物理的对应。因为数学结构的诞生仅仅意味着它内 部的自洽,或者说是合理的。存在的即是合理的,但是合理的一定存在吗?我们不能这 么要求。不违反规律的事物是被允许存在的,但是不一定就一定会存在。 老师:那……你说,什么是“存在”? 学生:啊!!(一惊) 老师:你的“存在”是什么意思?是指我们能观测到的?或者是指我们能描述的?人类 永远不能感知的东西苏那不算存在?缺乏一个定义…… 学生:我想我们不要再讨论了,这已经超出了物理学研究的范畴,上升为一个哲学甚至 是神学命题,我想再继续下去我们就要讨论“上帝依据什么创造这个世界”了。 老师:现在我们都有杨振宁的感觉了:物理研究到尽头就是哲学,哲学研究到近头就只 有宗教了……算了,你先把下周的开会的名单找出来。 --
[楼主]  [5楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2001/12/16 14:33 

老鹤: 你问的有道理,你问的没有错.但是你应该知道:数学家研究的东西全凭理论封闭自恰为准则,不需要考虑与物质世界的对应.并不是每一个数学理论都对应着物质世界的规律. 在物理中,超弦理论有无穷多个,规范场有无穷多个,理论真空有无穷多个,实验就是把这么多个中的其中一个找出来而已. 在牛顿力学看来,空间是Euclid的,可是Riemann几何照样存在;相对论认为时空是Riemann几何的,可是Euclid几何也照样存在. 理论物理组一段对话 发信站: BBS 水木清华站 (Mon Oct 8 15:29:58 2001) 发生在一个老师和一个学生之间 老师:最近在学什么? 学生:学了点规范场,还有它的几何理论。 老师:哦,你觉得那些数学描述是本质的吗?或者说仅仅是一种巧合的描述方法? 学生:我觉得那么漂亮的理论肯定有他本质的地方存在,但是这些地方不如规范场的拉 格朗日理论那么直观。我暂时还不能完全理解联络和规范场的对应究竟意味着什么。 老师:那你觉得我们用联络这一套东西来描述场是为什么? 学生:我暂时觉得这仅仅指因为二者的数学结构是相同的。其实我们似乎不应该要求他 们二者之间发生太多的联系,毕竟在历史上二者是完全独立的发现和发展的。 老师:你觉得任意的一个数学结构一定能找到它的物理实在的对应吗? 学生:这我没有想过,但是,好像不行。如果反过来肯定是成立的。任意一个物理实在 应该能对应一个数学结构,不然我们根本无法描述它。 老师:但是到目前为止我们发现了越来越多的数学和物理发生了联系,其中有些是原来 被认为永远是数学家的游戏的。 学生:我认为数学结构不一定能找到物理的对应。因为数学结构的诞生仅仅意味着它内 部的自洽,或者说是合理的。存在的即是合理的,但是合理的一定存在吗?我们不能这 么要求。不违反规律的事物是被允许存在的,但是不一定就一定会存在。 老师:那……你说,什么是“存在”? 学生:啊!!(一惊) 老师:你的“存在”是什么意思?是指我们能观测到的?或者是指我们能描述的?人类 永远不能感知的东西苏那不算存在?缺乏一个定义…… 学生:我想我们不要再讨论了,这已经超出了物理学研究的范畴,上升为一个哲学甚至 是神学命题,我想再继续下去我们就要讨论“上帝依据什么创造这个世界”了。 老师:现在我们都有杨振宁的感觉了:物理研究到尽头就是哲学,哲学研究到近头就只 有宗教了……算了,你先把下周的开会的名单找出来。 --
 [6楼]  作者:老鹤  发表时间: 2001/12/16 15:04 

作为可以理喻的人之一,你我都知道:
相对论毕竟不是纯粹的数学.即便对于纯粹的数学,它也必须是符合认识论的,必须不是凭空产生的,它应该是真实的某种抽象和理想化. 你所列的对话蛮不错,不过其中"学生"有想当然倾向,思维有漏洞:"觉得那么漂亮的理论肯定有他本质的地方存在"------或许人们会愿意把它视为哲学,我不想这么看,尽管它与哲学有一定的关联. 另外,文中"存在的即是合理的"是一种很狡猾的说辞,因为合理可做多种的理解.我想,它在哲学上的准确的表达应该是:存在的都有其存在的理由和原因.而道德意义上的合理不应该在语义上与之混淆.(道德存在的必要性也是有因可寻的)先前我曾专门为此写过一小篇文字. 物理研究到尽头就是哲学.这是一个广为流传的错误的论调. 我认为物理无非是事物的道理,单靠哲学\逻辑\实验\对实验的分析\数学等是不够的,必须是它们的有机的综合和恰当的运用.
 [7楼]  作者:yuajin  发表时间: 2001/12/16 18:48 

回复:就目前发现的线索和人类所处环境的局限性,相对论无疑是正确的,突破囗在于新的证据
相对论之所以能更广泛的被许多高知的人接受,也正是因为她在数学方面的自洽性。但数学也只能是物理的工具,不能取代物理本身。 我知道我有许多不足的地方,但狭相这一块,我的思索方式是古典的,后来得到的东西虽然和相对论有出入,但从现代的方式来看,相对论实在是伟大的人类思想,在物理学发展出现危机的十九世纪末,相对论至少为我们开辟了新的方向。 我发比帖的目的,是希望你们专业的人士也不要有封闭的思想,找寻对相对论的疑惑从更基本的物理概念入手。 对于沈先生,也许不懈于我的发言,我之所以不讲我关于绝对静止系的问题,是我不想做历史上的斐兹皆诺,虽然关于相对论的历史,他提议了迈克尔逊-莫雷实验中的长度收缩,除此他什么也没有得到。
 [8楼]  作者:yanghx  发表时间: 2001/12/16 21:34 

连场论都存在问题,何况相对论呢?
根据现在“场论”对矢量散度的定义, 来看看速度这个经典矢量的散度问题: 对于水,由于一般假设水是不可压缩的, 所以对于任意“无源点”是有进有出,通过量相等,通量为零,散度为零: φ= v1*s1-v2*s2 =0 (忽略管壁的摩擦阻力), div V=0, 对于散度的“通量积分定义”,上面的定理是可以经得起验证的, 可是对于散度的“算符偏导定义”,也同样经得起数学验证吗? 如果作一条曲线:y=f(x), 及它对称于x轴的对称曲线:y=-f(x), 那么这两条曲线和两端封口的垂线就构成一段“变径管道”的纵剖面, 2y就是管道横截面的“投影线”, 对于圆截面S= πy^2, 对于长方形截面S= 2yh, 假设截面S= 2yh,如果h=1,则: S(x)=2y=2f(x), 由:v1*s1=V(x)*S(x), 解出:V(x)= v1*s1/S(x)= C/S(x), S(x)容易理解,比如河流宽度改变时,水流截面S就是流程x的函数S(x), 所以管道的形状就决定了函数S(x)的各种形式: S(x)=2f(x)=2kx,(或者S(x)=xo-kx) S(x)=2kx^2, S(x)=2kx^3, S(x)=2k/x, S(x)=2k/x^2, S(x)=2k/x^3, ... 于是得到各种速度矢量的形式: V(x)= v1*s1/S(x)= C/S(x) V(x)=C/ 2kx (i),[或者V(x)=C/2(xo-kx)] V(x)=C/ 2kx^2 (i), V(x)=C/ 2kx^3 (i), V(x)=2Ckx (i), V(x)=2Ckx^2 (i), V(x)=2Ckx^3 (i), ... 一般的,不可压缩液体的流速矢量V可以与位置矢量r有各种形式的函数关系, 可是不管函数形式如何,只要是对液体作出了“不可压缩”假设, 则该流体场中的任一“无源点”处的通量为零,散度为零,这没有疑问吧? 上面的分析是位置矢量r(与流体对称轴同向)与x轴重合的情况, 对于空间内任意的r也可以有以下各种函数形式: V(r)=C/r (i), V(r)=C/r^2 (i), V(r)=C/r^3 (i), V(r)=Cr (i), V(r)=Cr^2 (i), V(r)=Cr^3 (i), ... 根据散度的“偏导定义”: div V=Δ.E =X/x + Y/y + Z/z, 求得的以上各种形式函数关系的散度都满足: div V(r)= 0 吗? 如果只有当:V(r)=C/r^2 (i)时, 才有:div V(r)= 0, 这说明什么问题呢?数学魔术问题?好象不是个小问题吧? 附一篇具体的分析计算,有不当之处,还请各位指点。 ===================================================== 附文:[散度是否为零主要取决于矢量的函数形式吗?] 假设:空间任意点(x,y,z)处,有最简单的任意矢量: V=r, 其中r=xi+yj+zk 表示点(x,y,z)的矢径, 模为:|r|=sqr(x+y+z), 在第一象限内的投影分别为: X=x, Y=y, Z=z, 注: 由于已知:(V与r同方向) V(M)(er)=V(M)sinθcosφi + V(M)sinθsinφj + V(M)cosθk =r*sinθcosφi + r*sinθsinφj + r*cosθk sinθ=sqr(x^2+y^2)/r sinφ=y/sqr(x^2+y^2) cosφ=x/sqr(x^2+y^2) cosθ=z/r 代入后得: V(M)=V(x)i + V(y)j + V(z)k =r sinθcosφi + r sinθsinφj + r cosθk =r[sqr(x^2+y^2)/r][x/sqr(x^2+y^2)]i +r[sqr(x^2+y^2)/r][y/sqr(x^2+y^2)]j +r[z/r]k =r(x/r)i + r(y/r)j + r(z/r)k =(x)i + (y)j + (z)k 所以得到:(这是目前对于矢量V与r同方向时,普遍采用的方法) [X=r(x/r)=x] [Y=r(y/r)=y] [Z=r(z/r)=z] 根据散度计算公式: div V=Δ.E =ЭX/Эx + ЭY/Эy + ЭZ/Эz, 得到: div V= Э(x)/Эx + Э(y)/Эy + Э(z)/Эz =3 在其它象限内,则可以有: div V= 1或-1或-3, 在坐标平面上,则有: div V= 2或-2或0, 在坐标轴上,则有: div V= 1或-1, 矢量的散度是否与点所在的象限有关? 就算是在第一象限吧,由div V=3,能肯定该点是一个“有源点”吗? 比如一条由宽变窄的河道,水的速度矢量就可以与距离r成正比:V=r, 可是按照流体力学对水的不可压缩假设看,其中的每一点都是“无源点”, 可是现在用“偏导定义”求得它们的散度=3,并不为零。 ----------------------------------------------------------------- 再回到电场的问题看,现在的标准答案是: 例1.1 设E为(放在原点处)点电荷q在真空中产生的静电场, 求除原点外空间各点M(x,y,z)处的divE(M)。 解: 从电磁学中我们知道,在空间点(x,y,z)处, E=(q/r^3)r, 其中r=xi+yj+zk 表示点(x,y,z)的矢径, r=sqr(x+y+z), 根据散度计算公式(1.5)得到: divE= q{【x/(x+y+z)^(2/3)】/x +【y/(x+y+z)^(2/3)】/y +【z/(x+y+z)^(2/3)】 /z} =0, 这表明除原点外,空间各点都没有电力线散发出来。 参见:《高等数学》第三册 吉林大学出版社2000.9出版,欧维义 陈维钧编。 ----------------------------------------------------------------- 可是如果把M点看成是一个球面上的点呢?|r|=sqr(x+y+z)=C常数, divE= q{【x/C^3】/x +【y/(C^3)】/y +【z/(C^3)】 /z} =3q /C^3 ≠0, 而且如果E稍有变化就不行了, 比如对于:E=(q/r^2)r,就有:divE≠0, 前面也说过最简单的:E=(q/r)r,就有:divE =3≠0。 难道一个矢量的散度是否为零还与该矢量的函数形式E=f(r)有关吗? 可是按照散度的“通量定义”,如果把点看成一个“微体”, 则在该点处总有: 通量Φ=f(r)-f(r)=0, 从而总有: div f(r) = Φ/dS =0, 可是根据散度的“偏导定义”, 对于最简单的:V=r 却得到:div V=3 ≠0, ------------------------------------------------------------------- 进一步分析如下: 先来分析书上divE=0的结果是如何得到的: 算子Δ=[(Э/Эx)i + (Э/Эy)j + (Э/Эφ)k], E(M)(er)=[E(x)i + E(y)j + E(z)k] 所以先要求出E(M)(er)在3个坐标轴上的3个投影:E(x)、E(y)、E(z)。 由于已知: E(M)(er)=E(M)(sinθcosφi + sinθsinφj + cosθk) =E(M)sinθcosφi + E(M)sinθsinφj + E(M)cosθk 而: 在此空间直角坐标系下,以半径为r的球面上有任意点M, 当r一定时: sinθ=sqr(x^2+y^2)/r sinφ=y/sqr(x^2+y^2) cosφ=x/sqr(x^2+y^2) cosθ=z/r 代入后得: E(M)=E(x)i + E(y)j + E(z)k =E(M)sinθcosφi + E(M)sinθsinφj + E(M)cosθk =E(M)[sqr(x^2+y^2)/r][x/sqr(x^2+y^2)]i +E(M)[sqr(x^2+y^2)/r][y/sqr(x^2+y^2)]j +E(M)[z/r]k =E(M)(x/r)i + E(M)(y/r)j + E(M)(z/r)k =(εQx/r^3)i + (εQy/r^3)j + (εQz/r^3)k E(x)=εQx/r^3 =εQ x/(x+y+z)^(2/3) E(y)=εQy/r^3 =εQ y/(x+y+z)^(2/3) E(z)=εQz/r^3 =εQ z/(x+y+z)^(2/3) 由函数相除的求导法则得: (x/r^3)/x = 【x/(x+y+z)^(2/3)】/x =[r^3 - x【(x+y+z)^(2/3)】/x]/r^6 =[r^3 - 3rx^2]/r^6 所以: div E= [r^3 - 3rx^2]/r^6 + [r^3 - 3ry^2]/r^6 + [r^3 - 3rz^2]/r^6 =(3/r^3) - 3r(x+y+z)/r^6 =(3/r^3) - (3/r^3) =0 由于:(x/r^3)/x =[r^3 - 3rx^2]/r^6, 所以x的符号(象限)问题就没有了,而且由于函数形式的巧合, 连点在坐标平面和坐标轴上时的问题都没有表现出来, 这也许就是多年来引起误解的原因之一, 不过还是有一个前面说的“球面问题”存在, 即如果假设M是半径为r的球面上的一点, 则x+y+z=r =C, divE= q{【x/(C^3)】/x +【y/(C^3)】/y +【z/(C^3)】 /z} =3q /C^3 ≠0。 ----------------------------------------- 再来看函数形式稍有不同的任意矢量V=(q/r^2)r的散度, div V= q{【x/(x+y+z)^2】/x +【y/(x+y+z)^2】/y +【z/(x+y+z)^2】 /z} =0 (x/r^2)/x = 【x/(x+y+z)】/x =[r^2 - x(x+y+z)/x] /r^4 =[r^2 - 2x^2/r] /r^4 所以: div V= [r^2 - 2x^2/r]/r^4 + [r^2 - 2y^2r]/r^4 + [r^2 - 2z^2/r]/r^4 =(3/r^2) - [2(x+y+z)/r] /r^4 =(3/r^2) - (2/r^3) =(3r-2)/r^3 ≠0 只有当r=2/3时,才有div V=0, 这种场除r=2/3的球面上的点是“无源点”以外,处处都是“有源点”? 比如旋涡流场的速度矢量就是:V= C/r, 或者用矢量表示为:V= (C/r)r, 一般都假设水是不可压缩流体,那么在这种流场中, 除旋心以外的任意点的散度都应该为零才对, 比如取旋涡场内一个空心圆环管的一段看,流入和流出的量相等, 通量为零,所以当微段体积趋于零时,某点的散度也应该是零, 这也是流体力学中一个很典型的例子, 可也难以与散度的“偏导定义”结果相符。 以上的两种情况:V=r和V= (C/r)r的散度不为零, 说明了电场矢量的E=(q/r^3)r的散度为零,完全是偶然的数学巧合, (而且这种巧合也很难解释“球面问题”) 而其它形式的矢量的散度很难为零,比如还可以用同样的方法证明: V=(q/r^4)r 的散度为: div V=(3/r^4)-(4/r^5)= (3r-4)/r^5 ≠0 可是按流体力学的假设, 这些形式的流场矢量,由于假设了流体是不可压缩的, 按通量定义的散度,就应该得到散度为零的结果才对: 而且通量的定义就是从流体力学而来的, 可是现在流体力学的问题却无法使用散度的“偏导定义”(算符定义)了? 这样的场论概括---散度的偏导定义---怎么能让人信服呢? 总不至于是一“场”数学游戏吧?
 [9楼]  作者:逆子  发表时间: 2001/12/16 22:41 

你对纵场了解多少?


※※※※※※
逆子
 [10楼]  作者:yanghx  发表时间: 2001/12/17 15:14 

现代场论对散度“偏导定义”的误区和脆弱
上面的具体例子可能有不恰当的地方, 不过我要说明的主要是现代场论对散度“偏导定义”的误区和脆弱, 具体的函数形式稍有变化,就会使散度不为零, 比如场强E=εQ/r^2 中的介质系数ε如果也是r的函数呢? 比如真空与空气的介质系数ε是不同的, 不同就在于“介质粒子密度”的不同, 所以高压与常压下的ε也不同, 假设ε随r变化的规律是ε=f(r), 当f(r)是以下任何一种形式时,都会使散度不为零: ε(r)=kr ε(r)=kr^2, ε(r)=kr^3, ε(r)=k/r, ε(r)=k/r^2, ε(r)=k/r^3, ... 于是得到各种场强的形式: E(r)=C/ r , E(r)=C , E(r)=C*r , E(r)=C/r^3 , E(r)=C/r^4 , E(r)=C/r^5 , ... 就是说,场强E的散度是否为零,还取决于介质密度的分布规律? 这里介质的可压缩性与电场本身是否可压缩没有关系吧? 所以按说不管介质密度梯度如何分布, 不管介质系数ε=f(r)是何种形式,都应该保持:div E=0。

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