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【旧贴重放】揭开参考系时空变换的实质
[楼主] 作者:hudemi  发表时间:2012/10/03 09:47
点击:2218次

近斯齐绩又谈到了参考系变换问题,我想查过去的一个老贴,总则是查不到,好在当时有人将我的贴子转动了“现代物理争鸣[http://club.xilu.com/newphysics] ” ,现将其内容转过来,供齐绩等参考!

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

讨论相对论问题,本人比较注重逻辑与实验。在我看来,要揭示相对论的矛盾,关键靠逻辑分析,但挑战相对论的根本却在于实验。从数学方面来批驳相对论,我做得不多。一是国内已有许多人在这方面开展工作;二是我认为单纯从数学方面来驳斥相对论,不是根本。因为在物理中,纯粹的数学公式无所谓对错,只要符合数理逻辑都是对的,关键要看能否和物理实际结合。“地心说”并不是因为数学公式错了,才被“日心说”取代,牛顿力学也并不是因为数学公式推导有问题才出现相对论。三是讨论数学公式不方便,在网上输入数学公式太麻烦,写到书中会影响读者面(我的《论物理现象的本质——物质作用论挑战相对论》一书尽量少地用了公式)。

但近期讨论洛仑兹变换的人比较多,我也把自己的观点亮出来,供大家讨论。我认为,伽利略变换是一种“普适的”变换公式,而洛仑兹变换是“仅”对光成立的特殊变换式。

一、普适变换公式

根据相对性原理,正反变换应具有相同的数学形式,设它们具有如下一般形式:

x=k(x’+vt’) (1-1)

t=k(t’+ax’) (1-2)

x’=k(x-vt) (2-1)

t’=k(t-ax) (2-2)

为了确定系数ka,将(2-2)中的t代入(2-1)式,并将(2-1)式化成与(1-1)式相同的形式有:

x=(x’+vt’)/k(1-av) (3)

3)式与(1-1)式是同一变换,对比系数应有:

k=1/k(1-av)

即:kk=1/(1-av) (4)

这就是系数ka满足的一般形式。由于只一个方程两个未知数,无法唯一地确定ka。原则上,k可以取任意数值(a相应变化)。因此,单纯从数学上讲,可以有无穷多种变换公式,并且都是自恰的。

下面我们将讨论,伽利略变换是具有真实物理意义的“普适”变换公式,而洛仑兹变换是“仅”对光成立的特殊变换式。

二、伽利略变换

前面,我们一直未点明,系数ka究竟是常数还是变量,现在讨论一下。研究参考系变换公式的目的,在于揭示时空变换的普遍规律。既然是规律,其中的变换系数,一般情况下应该是常数,与具体参考系的选择无关。因为只有这样,才能体现出世界的和谐与美。而这一点,也正是物理理论所追求的。

如果ka为常数,要使(4)式对于任意的速度V都成立,必须有:

a=0

(否则,k就要与v相关,不再为常数)

由此得:

k=1 k=-1已舍去)

a=0k=1代入(1-1)、(1-2)、(2-1)、(2-2)式,得到普适变换公式:

x=x’+vt’ (5-1)

t=t’ (5-2)

x’=x-vt (6-1)

t’=t (6-2)

实质上,这就是伽利略变换。由此可知,伽利略变换是一种“普适的”变换公式。这里,我们没有引入任何假设,只是认为系数为常数,便直接推出了伽利略变换。从(5-2 可以看出,“时间不变”不再是一种先验观点(相对论的支持者们经常批评这一点),而是导出结论。整个推导过程简洁、明了。

三、洛仑兹变换

如果ka不为常数,通过(4)式就不能唯一地确定它们。要确定,必须额外增加约束条件。比如,我们令x=ct,x’=ct’,并与(1-1)、(2-1)式联立,则有:

x=k(x’+vt’) (7-1)

x=ct (7-2)

x’=k(x-vt) (8-1)

x’=ct’ (8-2)

将(7-2)与(8-2)式分别代入(7-1)与(8-1),再相乘,即解得:

k=1/squr(1-vv/cc) (9) (其中spur代表开方)

再将(9)式代入(4)式,即可求得:

a=v/cc (10)

将(9)式与(10)式代入(1-1)、(1-2)、(2-1)、(2-2)式中,即得:

x=(x’+vt’)/squr(1-vv/cc) (11-1)

t=(t’+vx’/cc)/squr(1-vv/cc) (11-2)

x’=(x-vt)/squr(1-vv/cc) (12-1)

t’=(t-vx/cc)/squr(1-vv/cc) (12-2)

大家仔细看看,这就是洛仑兹变换,整个推导过程非常简单,甚至没有提到“光速不变”,只是“强行”地令x=ct,x’=ct’,通过增加这一约束条件便直接得出了洛仑兹变换。

必须指出的是,既然上述变换公式是通过增加约束条件得到的,其适用范围就“必须限定”在这个约束条件范围内,如果x,t,x’,t’不满足x=ct,x’=ct’的关系,就不能代入上述变换式进行变换。另外,提请大家注意的是,上述推导过程中,并没有肯定C是光速常数。C作为任意值,它既可以是光速常数,也可以比光速常数小,甚至是光速常数的几倍。

大家知道,相对论推导洛仑兹变换的方法有好多种,但万变不离其中,都要根据光速不变原理用到x=ct,x’=ct’的公式。很明显,这就是增加了约束条件。在洛仑兹变换的推导过程中,x,t,x’,t’实质上是指空间坐标和时间坐标,既然推导过程运用到了x=ct,x’=ct’,意味着在x,t,x’,t’之间“强行建立”了一种联系,成了运用公式的一个约束条件。可是,空间和时间是任意的,谁能说空间和时间有一种固定的对应关系(比如,你现在所处的时空,你能告诉我们它们之间的对应关系吗?)?谁能说它们“一定满足”x=ctx’=ct’的关系?既然时间、空间不满足x=ct,x’=ct’的关系,就不能代入洛仑兹变换式中进行变换。唯一能够满足这一点,就是以光速运动的事物。所以,洛仑兹变换“仅”是对光成立的特殊变换式。换句话说,洛仑兹变换不是真正意义上的变换公式,它仅适用于光速事件。这就是洛仑兹变换的最大症结。

通过上面的分析,相信大家已看清了参考系变换的实质,唯有伽利略变换是真正具有物理意义的普适变换公式,而洛仑兹变换仅是一种针对光速的特殊变换,绝大多数情况下都不能用。

希望此帖能给大家带来一些启发。一是希望能对沈建其先生有所触动,二是希望能解开刘久明,王建华等人关于K=K’还是K=1/K’的疑惑。(我认为,应该是前者。后者只是推导过程要用到的关系式。要知道,如果K不等K’,意味着,正逆变换不一样。这就出现了问题:如果任意给定一参考系,您是选用正变换呢还是选择逆变换呢?)

黄德民2003624
本帖地址:http://club.xilu.com/hongbin/msgview-950451-278028.html[复制地址]
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[楼主]  [2楼]  作者:hudemi  发表时间: 2012/10/03 10:16 

还有“正和”的贴子http://club.xilu.com/hongbin/msgview-950451-58499-1.html值得一看!
 [3楼]  作者:sxgdyl  发表时间: 2012/10/03 15:58 

可是,空间和时间是任意的,谁能说空间和时间有一种固定的对应关系(比如,你现在所处的时空,你能告诉我们它们之间的对应关系吗?)?谁能说它们“一定满足”x=ct或x’=ct’的关系?既然时间、空间不满足x=ct,x’=ct’的关系,就不能代入洛仑兹变换式中进行变换。唯一能够满足这一点,就是以光速运动的事物。所以,洛仑兹变换“仅”是对光成立的特殊变换式。换句话说,洛仑兹变换不是真正意义上的变换公式,它仅适用于光速事件。这就是洛仑兹变换的最大症结。
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这个帖子整体不错,但上述这段话是欠考虑的、是有错误的!

洛伦兹变换适用所有事件,而不仅仅是光速事件。
 [4楼]  作者:sxgdyl  发表时间: 2012/10/03 17:12 

黄先生在推导洛伦兹变换时用到了(ct,t)与(ct',t'),这是一种比较简捷的推导,但并非说只有坐标(x,t)满足x=ct的事件才能使得洛伦兹变换成立。

我们可以基于任一事件A的坐标(x,t)、(x',t')来推导洛伦兹变换,不要求x与t必须满足什么条件。当事件A发生时,我们设想事件A发出一个光信号到达(x+c△t,t+△t)、(x'+c△t',t'+△t')。基于这两组坐标,同样能推导出洛伦兹变换。
[楼主]  [5楼]  作者:hudemi  发表时间: 2012/10/03 17:51 

对【3楼】说:

早期的帖子,当时的说法现在看来还是有些问题!

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