To曾云海和齐绩(关于曾云海的“飞船-月球-地球光脉冲”问题与齐绩的“北京-大庆光脉冲”问题):
最近,曾云海提出如下一个“飞船上观察地球发往月球的光脉冲”问题(见下面我用引号引用的部分)。齐绩也提出一个“北京-大庆之间的光脉冲”问题(他要求大家去进行Lorentz变换),其实两个问题是一样的,但齐绩所提问题提得马虎,没有什么进一步的题干,让大家不知道怎么作答(好像看起来就连这样的无题干的问题,竟然还一度让齐绩自己热泪盈眶!?可是大家却不理解,不知道怎么作答)。下面还是来看曾云海的问题,因为这个问题题目提得很完整(见引号引用的部分):
“我以前和王为民先生讨论麦克斯韦方程时举过一个例子,下面仍用那个例子—— 设地球与月球距离30万公里,有一宇宙飞船飞离地球,当飞船到月球旁(与月球重合)瞬时,地球发出一个光脉冲(定此时地、月、飞为0时),在0时0分1秒光脉冲到达月球,按相对论的光速不变,在飞船参考系看,光脉冲对飞船的速度是30万公里/秒(飞船看到的是地球光源的移动,按光速不变原理,光速与光源的运动无关),那么,飞船按自己的时钟(飞船自己的时钟也是固有时,和地球月球看自己时钟是固有时一样),光脉冲也应该在0时0分1秒到达飞船,但此时飞船已经飞离了月球3万公里,同一个光脉冲怎么会在同一瞬时既在月球、又在距离月球3万公里的飞船呢?——你将飞船速度0.1c代入相对论的变换因子算算,正好33万公里收缩为30万公里吗?绝对不是固然如此(即令是、也事实不可能——月球与飞船毕竟相距了3万公里),所以两人说的是南辕北辙。
相对论怎么解决光速不变的死结呢?爱因斯坦聪明,他就聪明到整出了一个同时性的相对性——这是书本上和你们维相者都佩服他聪明、逻辑思维了得的闪光点——相对性相出来的结果是:月球上的观察者看到地球发光脉冲的时刻是0时0分0秒,所以0时0分1秒到达月球;飞船上的观察者看到地球发光脉冲的时刻是0时0分0.1秒,所以,光脉冲到飞船的时刻是0时0分1.1秒。月球与飞船时差0.1秒,距离正好是3万公里。
可惜呀可惜,在刘金勇先生那个帖子里,爱因斯坦的同时性的相对性,被我和刘金勇先生否定了,证明同时性是绝对性,这,你沈建其是亲身参与了辩论的,就不用在这里介绍是如何否决的了吧。否决了同时性的相对性,相对论就去了一半性命,我还要管你们修相、发展相对论吗?”
以上是曾云海的所提问题与他的评论。关于这个问题,我在2009-12-5答复如下:
【【【To 曾云海91楼:同时性的相对性与同时性的绝对性,这是两种各自为政的观点,两者都是自洽的。好比欧几里得几何与非欧几何的第五公理“过直线外一点,有无穷多条直线还是仅有一条直线与原直线平行”一样,都是自洽的。不存在谁驳倒谁的问题。 Qi Ji最近两天与我争论的问题,其本质上就是同时性的相对性与同时性的绝对性之争。
至于你所说的飞船习题,我觉得似乎存在两个你个人的大问题。第一,是题干部分,你的“那么,飞船按自己的时钟(飞船自己的时钟也是固有时,和地球月球看自己时钟是固有时一样),光脉冲也应该在0时0分1秒到达飞船,但此时飞船已经飞离了月球3万公里,同一个光脉冲怎么会在同一瞬时既在月球、又在距离月球3万公里的飞船呢?——”好像有问题。“那么,飞船按自己的时钟(飞船自己的时钟也是固有时,和地球月球看自己时钟是固有时一样),光脉冲也应该在0时0分1秒到达飞船”,这是绝对时空观的观点。在相对论中,不应如此说,因为飞船上看到的日地距离不再是30万公里,不可能下结论说“飞船按自己的时钟,光脉冲也应该在0时0分1秒到达飞船”。还有,根据你的题干,“同一个光脉冲怎么会在同一瞬时既在月球、又在距离月球3万公里的飞船呢”,这似乎构成了对牛顿力学的挑战。因为这个题干中,并没有引入相对论思想,倒引入了绝对时空观思想,但你却也得出了矛盾的“徉谬”。这是为何?第二,你“帮助”爱因斯坦,代替爱因斯坦做了对飞船问题的解答,我觉得好像回答得也不对。地球上看来,光脉冲1秒后到达月球,但在飞船看来,根据时间的Lorentz变换,这个时间应该是0.9/(0.99)^(1/2). 】】】
今天,我进一步来做具体计算,既纠正曾云海的题干错误和他的“倒帮爱因斯坦的忙”的自问自答,同时也等于回答了齐绩的“北京-大庆之间的光脉冲”问题。
设月球的空间和时间坐标是(x,t), 飞船上的空间和时间坐标是(x',t'). 在月球看来,地球的位置在月球参考系x=-30万公里处. 飞船沿着月球参考系正坐标x轴飞行。
说明:这里地球只当作一个光源,不当作一个参考系,这是因为当飞船到月球旁(与月球重合)时,才有月球与飞船时间均为0,此时飞船与地球不重合. 如果把地球和飞船看作参考系的话,这就要求使用带初始位移的Lorentz变换,这实际上是庞加莱变换了,太复杂。所以,还是把月球和飞船看作两个参考系吧。这顺便交代一下。
我这里要指出(重点指出。2009-12-5忘了指出),曾云海在“当月球与飞船的时间t=t'=0时,地球发射一个光脉冲”这个最开头的题设包含了一个超越狭义相对论的一个额外前提。这个额外前提实际上是办不到的(没有先验的理由可以如此假设。曾云海这个前提与齐绩所提的两个强调本质上是一样的),它违反同时的相对性。同时的相对性的含义是:在一个参考系中观察到的两个异地同时事件,在其他参考系中看来,必然异地不同时。当月球的时刻为0时,地球上发射脉冲,这是两个异地同时事件。月球的时刻为0,对应于飞船上的时刻为0,此时曾云海也要求在飞船参考系中,地球上也发射脉冲。显然,曾云海要求了“在一个参考系中观察到的两个异地同时事件,在其他参考系中看来,也是异地同时”。这首先就做了对不起狭义相对论起码前提的事情。如何改正曾云海的“当月球与飞船的时间t=t'=0时,地球发射一个光脉冲”呢?应该这样改正(较为繁琐):当月球与飞船重合时,设t=0, t'=0, 以月球为参考系,此时地球发射了一个光脉冲。但是,在飞船看来,地球发射一个光脉冲的时间并不在t'=0”。那么在t'=?时,下面我会计算。
自然,由于以上提了一个违反狭义相对论前提的条件,曾云海对此题目进一步的研究都是没有多少意义了的(因为既然你已经违反狭义相对论前提的条件,那么何必做什么进一步的质疑呢?进一步的质疑自然会出所谓的南辕北辙。不说也知道)。不过,曾云海上面的讨论中的错误倒主要不再这里。他的错误错得有点莫名其妙,还“用”相对论替爱因斯坦“回答”,替爱因斯坦帮倒忙。这我在2009-12-5指出了。
下面,我来根据相对论,来分析曾云海这道题目。首先我研究这么一个问题:以月球为参考系,花了1秒钟,月球接受到光脉冲,那么以飞船为参考系,花了多长时间看到月球接受到光脉冲?这里有两种方法可以计算。
方法一:
根据时间的Lorentz变换,t'=(t-vx/cc)/(1-vv/cc)^(1/2), 当月球的时刻为t=0时,地球上发射脉冲, 此时在飞船看来,地球发射一个光脉冲的时间在t'=0.1/(0.99)^(1/2). 这里使用了t=0, x=-30万公里, v=0.1c来代入.
当月球接受到光脉冲时,月球上时刻t=1秒,位置在x=0。代t=1,x=0入t'=(t-vx/cc)/(1-vv/cc)^(1/2),得到在飞船看来,月球接受到光脉冲的时刻在t'=1/(0.99)^(1/2)。
把以上两个t'减一下,便是在飞船看来,光脉冲从地球到月球的时间T',这个时间是:T'=0.9/(0.99)^(1/2).
以上是方法一。
方法二:曾云海设月地距离为30万公里,那么在飞船看来,由于长度缩短效应(尺缩效应),这个距离是30万公里×(0.99)^(1/2)。在飞船看来,光线朝着月球(与自己)方向飞来,月球又在后退(以0.1c速度后退)。设在飞船看来,光脉冲从地球到月球的时间是T'. 那么光线通过的距离cT'加上月球后退的距离0.1cT'便是飞船看到的地月距离(缩短后的距离:30万公里×(0.99)^(1/2))。
cT'+0.1cT'=30万公里×(0.99)^(1/2),
也就是 1.1cT'=c*(0.99)^(1/2) (注意:这里c的数值就是30万公里)
则在飞船看来,光脉冲从地球到月球的时间T'=(0.99)^(1/2)/1.1=0.9/(0.99)^(1/2).
这等于由方法一计算得到的T'.
方法一与方法二是两种不同的方法,但得到的结果是一样的。这自然是预料之中的。不存在曾云海说的什么南辕北辙的事情。这也说明相对论的自洽性。
这里我要纠正我自己在2009-12-5的一个说法。我当时说:“这个问题上,不要直接套用那个简单尺子缩短公式来计算飞船上看到的地球-月球之间的距离”。其实,尺子缩短公式是可以直接拿来用的。我上面就使用了。当时以为这个问题中有月球、地球、飞船和光波四个客体,问题太复杂,最好不要简单套用公式。其实是我多虑了。特此说明。
在前面的题设中,曾云海提到“地球发出一个光脉冲,在0时0分1秒光脉冲到达月球,按相对论的光速不变,在飞船参考系看,...,飞船按自己的时钟(...),光脉冲也应该在0时0分1秒到达飞船”. 这里曾云海似乎有点莫名其妙。为什么光脉冲到达月球,也要求光脉冲到达飞船,而且都是0时0分1秒????这是哪门子的理论?? 这里很有点奇怪。不过顺着曾云海的大意,我可以去假设:当光脉冲到达月球时,如果没有被月球吸收,可透过月球,继续前行,射向飞船,那么我们的确可以计算一下光脉冲到达飞船的时刻(以飞船为参考系)。方法当然也会有两种。我这里就不计算了,因为方法的精神与上面的做法大同小异。
总之,我对曾云海这个飞船问题研究分析完毕。我只研究分析了计算光脉冲到达月球的时间(以飞船为参考系)的两种等价的方法。我们也可以进一步计算这个飞船问题的其他所有物理量,方法大同小异。同时,我兼顾指出曾云海在此飞船问题中的多个错误(三个以上),且他错得非常离谱,看起来根本连相对论基本计算也不会,只会瞎猜答案,包括帮爱因斯坦倒忙,好像连相对论门槛也没有进,我希望他所谓的南辕北辙中好歹应该至少有一个“南”或“北”是正确使用相对论的产物吧。可是实际上,“南”或“北”都错得离谱。一个连相对论皮毛都不认识的人如何去批判相对论???曾云海还是先去做一些相对论习题集再来吧。无论相对论对抑或错,至少你应该先去认识它吧。
对于齐绩,你的很多质疑相对论的一些“强调”和出发点,其实都是你强加上去的,这些本身都是超越狭义相对论基本观点的。这些“强调”和出发点,其实倒全部与牛顿力学Galileo变换一致,也就是说,你是在用先验的绝对时空观挑战相对论。这是没有意义的。你的论文中的很多观点,在过去十年,这个论坛上都被讨论过。当然,即使再讨论十年,还会有人提这些问题,因为反相者都是这么在用先验的绝对时空观挑战相对论,强加上去一些出发点作为论据。
JQSPHY 2009-12-6
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