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光速不变原理的内涵和外延
[楼主] 作者:wxlxa  发表时间:2012/04/06 21:54
点击:3396次

 

光速不变原理的内涵和外延

光速不变原理的内涵是:光在空虚空间里总是以一确定的速度V传播着,这速度同发射体的运动状态无关。

光速不变原理外延的说法之一:S惯性系的观测者使用S系的尺和钟测量某个随机光子Q的速度与S`惯性系的观测者使用S`系的尺和钟测量该光子的速度相同。

光速不变原理外延的说法之二:大家使用S系的尺和钟测量某个随机光子Q的速度与大家使用S`系的尺和钟测量该光子的速度相同。

这两种光速不变原理外延的说法哪一种正确?

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[楼主]  [2楼]  作者:wxlxa  发表时间: 2012/04/07 13:30 

光速不变原理的外延是否还有其他的说法?
 [3楼]  作者:周宪  发表时间: 2012/04/07 18:02 

光在地球重力系的真空里对地球恒为c,这不过是麦克斯韦电磁场理论的一个被实验证明了的推论而已。
 [4楼]  作者:周宪  发表时间: 2012/04/07 19:04 

请楼主看看爱因斯坦在《论动体的电动力学》中是如何说的:

设有一个牛顿力学方程在其中有效的坐标系。为了使我们的陈述比较严谨,并且便于将这坐标系同以后要引进来的别的坐标系在字面上加以区别,我们叫它“静系”。

我们进一步设想,在每一只钟那里都有一位运动着的观察者同它在一起,而且他们把§1中确立起来的关于两只钟同步运行的判据应用到这两只钟上。设有一道光线在时间tA从A处发出,在时间tB于B处被反射回,并在时间tA’返回到A处。考虑到光速不变原理,我们得到:

tB—tA=rAB/(V—v) 和 tA’—tB=rAB/(V+v) ,

此处rAB表示运动着的杆的长度——在静系中量得的。

但在静系中量度,这道光线以速度V-v相对于k的原点运动着,因此得到:
x’/(V-v)=t。

作类似的考查——用在H轴和Z轴上——并且注意到,从静系看来,光沿着这些轴传播的速度始终是√(V2—v2),

(注:爱因斯坦用V表示光速c)

所以,相对论认为任何观察者测得的光速总是c,与爱因斯坦的观点相悖,也不符合爱因斯坦为洛伦兹变换设定的牛顿力学有效的条件。
许多赞成相对论的人,包括楼主,对相对论的了解不过是道听途说,看了一些教材、“科”普的书,变人云亦云。实际上他们没有仔细研究过原汁原味的爱因斯坦的观点。
[楼主]  [5楼]  作者:wxlxa  发表时间: 2012/04/07 21:12 

对3楼
我们关心的不是光速不变是否被实验验证,而是光速不变原理(叫公设也可以)的外延应该如何表述。
[楼主]  [6楼]  作者:wxlxa  发表时间: 2012/04/07 21:36 

光在空虚空间里总是以一确定的速度V传播着,这速度同发射体的运动状态无关.

上面是爱因斯坦的原话,现在的问题是,我们如何使用具有可操作性的语言把它正确的表达出来。

因为爱因斯坦把它叫公设,我们没有必要,也不可能去证明它的正确性。而只能用它的推论是否与实验一致去证明它是对还是错。
 [7楼]  作者:周宪  发表时间: 2012/04/07 22:31 

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[楼主]  [8楼]  作者:wxlxa  发表时间: 2012/04/08 14:13 

对【7楼】说:

爱因斯坦自己也认为,自己在第一篇论文中的论述有问题,因此他在浅说一书中做了修改(直到1952年他还在修改)。我们应该把他后期的观点看做他的真实观点。

x'/(V-v)=t明显有错误,字母表示的物理量就不是同一个参照系的。

[楼主]  [9楼]  作者:wxlxa  发表时间: 2012/04/08 14:14 
 [10楼]  作者:周宪  发表时间: 2012/04/08 15:55 

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[楼主]  [11楼]  作者:wxlxa  发表时间: 2012/04/09 13:51 

对【10楼】说:

我们把讨论的问题范围缩到最小,这样容易讨论。只谈光速不变公设的具有可操作的实在内容,即我在1楼说的光速不变的外延。

[楼主]  [12楼]  作者:wxlxa  发表时间: 2012/04/10 19:42 

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 [13楼]  作者:周宪  发表时间: 2012/04/10 19:46 

我已经回答几遍了。如果有不对的地方,请指出来。
[楼主]  [14楼]  作者:wxlxa  发表时间: 2012/04/10 21:26 

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 [15楼]  作者:周宪  发表时间: 2012/04/10 23:00 

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[楼主]  [16楼]  作者:wxlxa  发表时间: 2012/04/11 13:42 

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 [17楼]  作者:周宪  发表时间: 2012/04/11 14:42 

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[楼主]  [18楼]  作者:wxlxa  发表时间: 2012/04/11 18:15 

我又去看了一遍浅说的附录,没发现x=γ(c+v)t' 。x=γ(c+v)t' 可能在浅说的正文中。正文太长,我没能全看。浅说是192*年写的,附录是1952年写的。

我们没有必要在这些细节上讨论。我想知道的是光速不变的外延是如何描述的。
 [19楼]  作者:周宪  发表时间: 2012/04/11 19:21 

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[楼主]  [20楼]  作者:wxlxa  发表时间: 2012/04/12 15:08 

光速不变的外延的叫法的确是从我开始的。不管怎么叫,其目的是为了找到光速不变的具有可操作性的说法。

你一直说光速不变公设是错误的,并企图直接证明它是错误的。从理论上讲,这是不可能的。x=γ(c+v)t'能什么什么问题。
我也没说光速不变是正确的,我是说,光速不变公设是不可能从理论上直接证明或证伪的(我的这一观点从建立理论游戏规则中可以看出是正确的)。

我是想从光速不变的具有可操作性的说法开始,证明用光速不变不能推导出洛伦兹子变换,从而证明相对论是不成立的。
 [21楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2012/04/12 15:52 

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[楼主]  [22楼]  作者:wxlxa  发表时间: 2012/04/12 20:30 

抱歉,20楼第2行打错了两个字。“x=γ(c+v)t'能什么什么问题。”应该改成“x=γ(c+v)t'能说明什么问题。”。
[楼主]  [23楼]  作者:wxlxa  发表时间: 2012/04/12 20:45 

对【21楼】说:

你真是一语中的,我想要的正是这方面的答案。

我也认为应该是第一个答案。不过,在浅说的附录中爱因斯坦推导洛伦兹变换时使用的却是第二个。这让我没法理解。

附录
洛伦兹变换的简单推导【补充第11节】
按照图2所示两坐标系的相对取向,该两坐标系的x轴永远是重合的。在这个情况下我们可以把问题分为几部分,首先只考虑x轴发生的事件。任何一个这样的事件,对于坐标系K是由横坐标x和时间t来表示,对于坐标系K`则由横坐标x`和时间t`来表示。当给定x和t后,我们要求出x`和t`。
沿着正x轴前进的一个光信号按照方程
x=ct

x-ct=0 (1)
传播。由于同一光信号必须以速度c相对于K`传播,因此相对于坐标系K`的传播将由类似的公式
x`-ct`=0 (2)
表示。满足(1)式的那些空时点(事件)必须也满足(2),显然这一点是成立的,只要关系
(x`-ct`)=r(x-ct) (3)
一般满足,其中r表示一个常数;因为,按照(3),(x-ct)等于零时(x`-ct`)就必然也等于零。
----------

 [24楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2012/04/12 22:51 

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 [25楼]  作者:周宪  发表时间: 2012/04/13 10:26 

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[楼主]  [26楼]  作者:wxlxa  发表时间: 2012/04/13 10:41 

对【24楼】说:

你很理解我的思路。下面是我的想法。

 

推导洛伦兹变换的已知条件有

把结构相同的钟和尺分为两部分,一部分放在S参照系,另一部分放在S`参照系
根据光速不变原理可知:S惯性系的观测者使用S系的尺和被他同步后的钟测量某个光子Q的速度所得的结果与S`惯性系的观测者使用S`系的尺和被他同步后的钟测量该光子Q的速度所得的结果相同,即S惯性系的观测者认为(‘S惯性系的观测者认为'的意思是,‘S参照系的观测者按照自己的规则和已知条件进行推理得出的结论应该为',下同)x=ct、S`惯性系的观测者认为x`=ct`。
爱因斯坦使用K参照系的人已知的x-ct=0 -----(1)、K`参照系的人已知的x`-ct`=0 -----(2)想推导让谁承认的命题?K参照系的人愿意承认吗?K`参照系的人愿意承认吗?爱因斯坦自己愿意承认吗?更何况,根据同时的相对性(即同时是相对的)和S惯性系的观测者认为S系的钟是同步的x=ct、S`惯性系的观测者认为S`系的钟 是同步的x`=ct`可知:S`惯性系的观测者认为S系的钟不是同步的x=ct是不对的、S惯性系的观测者认为S`系的钟不是同步的x`=ct`是不对的。

 

 [27楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2012/04/17 13:34 

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 [28楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2012/04/17 13:49 

对【27楼】说:

勘误:(3)中的“一阶多普勒类似”应为“一阶多普勒效应类似”。抱歉。

~无忧仙人

[楼主]  [29楼]  作者:wxlxa  发表时间: 2012/04/17 20:19 

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 [30楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2012/04/17 22:53 

对【29楼】说:

抱歉,一时疏忽,把洛伦兹变换的推导说成光速常数原理的推导,已修正。

另外,楼主所说的光速常数原理是假设或公设,不需要推导的说法值得商榷。如前所说,狭义相对论中的几个命题,如光速常数原理,洛伦兹变换或时空效应,质能方程等是彼此等价的命题,也就是说,假定其中的一个成立,可以推导出另外的几个(严格来说,这些推导有些是有问题的)。以光速常数原理与洛伦兹变换为例,可以先假定光速常数原理成立,然后推导出洛伦兹变换,如爱因斯坦在《Relativity: the special and general theory》(1916年版,1920年再版)Appendix I (pp. 98-103)所做的那样;当然也可以先假定洛伦兹变换(或时空效应)成立,然后推导出光速常数原理,如爱因斯坦在同一本书的第七节“The Apparent Incompatability of the Law of Propagation of Light with the Principle of Relativity” (pp. 19-21)所提及、在同一本书的第十一节“The Lorentz Transformation” (pp. 32-33)所详细说明的那样。

结论:光速常数原理究竟是假设、公设还是推导的结论取决于(爱因斯坦或其他人的)需要,并非是一成不变的。请楼主参阅上面提及的爱因斯坦著作的相关内容。当然,这不是说有关推导就根本不存在问题。

~无忧仙人

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