狭义相对论讲义之时间的相对性

对于光速不变我们可以从两种不同的原理引出，1，根据麦克斯韦方程组推出光速不变，即c^2=1/(εμ)。光波的速度由真空介电常数与磁导率决定；2，根据相对性原理得出的光速不变。

麦克斯韦方程组得出的光速不变，指的是光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C。相对性原理得出的光速不变，指的是光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C。如果只写到这里，我们或许认为这说的完全就是一回事，理论上我们从麦克斯韦方程组和相对性原理都能得出光速不变，两个不同的原理得出的光速不变都是一回事，那么是如此吗？不是的。我们可以从实验中得到验证。验证光速的实验有，双星现象，光行差现象，裴索实验，艾里实验，迈克尔逊莫雷实验等。对于双星现象我们说‘光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C'指的是麦克斯韦方程组得出的光速不变；而迈克尔逊莫雷实验也能得出‘光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C'，而这里却是说的却是相对性原理得出的光速不变。而双星现象与迈克尔逊莫雷实验现象是两个不同的物理现象，是两个本质不同的现象。双星现象说的是光源运动的时候，光还是在闪光的地点发出的，光源的运动不能带动介质与光源一起运动，光源的运动不能带动光与光源一起运动；迈克尔逊莫雷实验现象说的是地球的运动对光速没有影响，不能用光速实验验证地球是运动的，就像伽利略大船的运动是船上的物体所共有的一样，地球的运动是地球上的物体都共有的，光源是运动的，光传播的介质是运动的，光是运动的。‘光是运动的'不是说光波的传播速度C，而是说，光波是随着介质一起运动的，这个运动，是相对于光上振动变化的电磁场来说的。光波的传播只是变化的电磁场在周围空间产生变化的电磁场，而变化的电磁场并没有传播，空间上任一点‘变化的电磁场'只是在空间原来的地方电磁场强度发生变化，并没有运动。通过迈克尔逊莫雷实验和自然哲学的数学原理的结合，我们知道如果绝对空间不存在，绝对静止不动的空间不存在（假设），那么相对空间就可能是运动的。坐标系是运动的，而坐标系描述的方式却不变（量的描述），那么相对运动的坐标系描述的空间就是相对运动的。相对性原理中的光速不变就是不同的参考系，在自己相对的空间中描述的光速不变，光在自己相对的空间中的传播速度都是一样的，都是C .

通过以上的分析我们知道，麦克斯韦方程组得出的光速不变，指的是光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C。这里光源的运动对光速没有影响指的是，光源的运动不能带动光与光源一起运动。光是从闪光的地点发出的，向各个方向的速度是C。相对性原理得出的光速不变，指的是光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C。这里光源的运动对光速没有影响指的是，惯性系的运动是惯性系中所有物体所共有的，光源与惯性系一起运动，光与惯性系一起运动，或许可以这样说，光源的运动能够带动光与光源一起运动。光是从光源发出的，向各个方向的速度是C.相对运动的参考系描述的相对空间是相对运动的。

让我们带着麦克斯韦方程组得出的光速不变和相对性原理中的光速不变分析一下相对论中时间的相对性。一般是这样描述的："设想在一列以速度v 作匀速直线运动的列车上，有位旅客对准竖直上方h高处的一面反光镜打出激光束，对于他以及所有列车上的人（称为"静系"）来说，这束激光从发出至回到光源位置［见图(a)］作为"滴答"一次的时间间隔为t0=2h/c。

现在要问，地面上的观察者将怎样看待这个测量结果？从地面上看，这是一只运动的"光钟"，在光传播过程中列车向前行进了一段距离，因此地面上的人（称为"动系"）认为，这只光钟"滴答"一次的过程中光束是沿路径ABC传播的［见图（b）］，它所通过的路程大于2h，如果光速仍然是c，那么在他们看来，这只运动光钟"滴答"一次的时间△t就会长些。进一步应用勾股定理，可得到定量关系：，注意到，所以△t >△t0。此结果表明：运动的钟变慢了。"列车上的的观察者认为激光能够射到反光镜，并且能够反射回来是因为相对性原理，惯性系的运动对光速没有影响，惯性系的运动带动光与惯性系一起运动。而地面上的观察者认为光束是沿路径ABC传播的，这是为什么？如果根据相对性原理的伽利略变换，根据绝对空间，那么光是沿路径ABC传播的。如果根据麦克斯韦方程组得出的光速不变，光源的运动对光速没有影响，光源不能带动光一起运动，光会沿着直线传播。在b图中就是从A点发出，直线向上，而不会到达B点。例如双星现象。大家也许会说，如果符合相对性原理中的光速不变，就不能用麦克斯韦方程组得出的光速不变，这里的现象不符合麦克斯韦方程组得出的光速不变，是相对性原理现象。让我们回顾一下，同时的相对性，在同时的相对性中，火车上的观察者用的是相对性原理中的光速不变，而地面上的观察者就用麦克斯韦方程组得出的光速不变，这样才会产生同时的相对性。

参考文献：【1】《狭义相对论讲义之同时的相对性》【2】《相对运动使用的是牛顿运动定律的类似定律》【3】《物理学中量的计算与相对论的关系》【4】《迈克尔逊莫雷实验和《自然科学的哲学原理》的结合 》【5】《惯性系与非惯性系的对应关系式》【6】《同时的相对性与摆的等时性的分析》【7】《时间和空间的相对性》中国物理课程网徐在新

2013年11月21日7:39:36吴兴广