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相对性原理 与 电磁波动方程的形式不变问题
[楼主] 作者:yanghx  发表时间:2003/07/05 20:43
点击:386次

伽利略变换---动系和静系间的时空关系为:
x=x'-vt'
y=y'
z=z'
t=t'

设迈克斯韦方程在某基本参考系中成立,那么变化的电磁场
必须满足电磁波的波动方程[ΔΔE - εμ(ээE/ээt)=0],
但若借助伽利略变化把这波动方程转换到一个以速度v运动的参考系中,
方程相应的变为:
ΔΔ E - εμ(ээE/ээt)- 2v εμΔ(эE/эt)- εμ(v·Δ)(v·Δ)E=0
它与原来的波动方程并不一样,这说明若伽利略变换是对的,
那么迈克思维方程不能对一切惯性系都成立,
它只对某个特定的惯性系才成立,这样力学现象不能区分惯性系是静的或动的,
而电磁现象则能判定哪个是绝对静止的惯性系,

以上参见《电动力学简明教程》俞允强 北大1999年,第135页,

--------------------------------------------------------
问题:
1、对于洛伦兹变换:
x=r(x'-vt')
y=y'
z=z'
t=r(t'+vx'/cc)

是否就能保证电磁波波动方程的形式不变呢?
即同样的:
若借助洛伦兹变化把这波动方程转换到一个以速度v运动的参考系中,
波动方程的形式就不变了?谁能大概的说明一下吗?

2、如果波动方程的形式不同,
电磁现象就能判定哪个是绝对静止的惯性系了?
如果不与绝对静止惯性系下的电磁现象作对比,怎么能作出判断呢?
可是绝对静止惯性系K下的电磁现象可不是在以v运动的坐标系K'内观测到的呀?
如果能与K系下的测量数据相对比的话,怎么不用V和V'相对比呢?
S=VT
S'=V'T'
如果V'≠V,不就可以知道K'是相对K运动的了吗?

3、我对伽利略变换做如下的假设是否可以保持电磁波动方程的形式不变呢:
x=x'-vt'=(c-v)t'-vt'=(c-2v)t'
假设:k(c-v)=c-2v,即:k=(c-2v)/(c-v),
则:
x=k(c-v)t'=kx',
于是伽利略变换变成了:
x=kx'
y=y'
z=z'
t=t'

这样带入电磁波动方程后,还会有形式不一样的问题吗?
并不需要假设c-v=c呀?这是数学游戏吗?

 

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 [2楼]  作者:明学  发表时间: 2003/07/06 17:30 

回复:YANGHX

电磁波在不同的惯性系其波动方程的形式是不变的,这是没有什么好怀疑的,但是你务必要注意你讨论问题的角度和场合。我来阐述一下我的观点:请大家参考。

一:当我们说到一个惯性系的时候,必须需要两个变量才能完备地加以描述。一个是标量,他是空间的函数,当这个标量是各向同性的介质时,我们可以用一个常数K表示,光速就取决于这个常数。还有一个量是矢量,就是我们所说的速度。这个速度对于光速的影响取决于我们站在什么角度去看了。

二:光子是一种波,他的速度 取决于介质的性质。我们可以想象一下,用一个声源去撞击一个刚体,声子在刚体中的传播速度与声源的运动状态有关系吗?没有,我们增加声源的速度最多只是增加声子的震动濒率而已,也就是说,声子在刚体中的传播速度与声源以及接收源的运动状态无关。

三:我们考虑一下一个运动的刚体声速在其中的运动的速度会怎样呢?假如观察者与刚体以同样的速度运动,观察者是不会观察到声速的变化的,如果观察者与刚体有相对的速度,则他能测量到这个速度的变化。光速的情况与此类似。当我们在地面上测量时,观察者与介质处于同一个惯性系,观察者不会测量到光速的变化,当你在地势较高的空间,此时因为云相对于观察者有相对的运动,所以我们将会测量到响应的效应。还有一些需要解释的我就不在这里一一讨论了。

四:加利略变换是怎么回事呢?  因为牛顿假设了一个绝对的真空,也就是K=0,所以我们既没有质量增加的问题,也没有物体长度收缩的问题。但是实际的情况不是这么回事,我们需要洛伦兹变换,原因是什么呢?按照爱因斯坦的说法是因为时间的原因,实际上这将我们的思维引入了歧途,实际上的原因是因为K的存在,因为K的因素导致运动的物体在运动时受到的阻碍,这导致了运动物体长度的缩短。至于质量增加的原因我在前面已经作了解释。

五:这个K值的存在是因为我们的真空是由能量构成的,但是这种能量在空间的分布形式与物质和场是不一样的,(关于这一点这个论坛估计大家没有很好的理解),这个K对与在其中运动的物体会产生一个阻力,对于一个静止的物体会产生一个张力(能量张量)。好了就谈到这,有兴趣我们可以继续。



※※※※※※
明学达观
[楼主]  [3楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/07/06 21:54 

有了洛伦兹变换就可以满足“相对性原理”了?

你说的“真空能”相当于现在常说的“真空暗能量”?
由于现在认为静质量为零的粒子是“能量子”,
所以在测量到暗物质粒子的静质量之前,这样说也有其道理,
不过对于真空中的“暗能量阻力”还是有些令人费解?

--------------------------------------------
我的几个问题看来连“新国家”也没有兴趣了?
只好我自己来试着回答下面这个问题吧:

问题:
1、对于洛伦兹变换:
x=r(x'-vt')
y=y'
z=z'
t=r(t'+vx'/cc)

是否就能保证电磁波波动方程的形式不变呢?
即同样的:
若借助洛伦兹变化把这波动方程转换到一个以速度v运动的参考系中,
波动方程的形式就不变了?

---------------------------------------------
思路:只要能得到x=kx',t=Kt',
这样代入电磁波动方程后,求偏导数时就可以把k和K看成常数了?

(如果认为其中的r=1/sqr[1-vv/cc]内包含的v不是一个常数的话,
那就不行了,那即使用洛伦兹变换也得不到形式相同的波动方程了)

对于电磁波有:
x=r(x'-vt')= r(ct'-vt')= r(c-v)t'= rct'= rx'
t=r(t'+vx'/cc)= r[t'+v(ct')/cc]= r(1+v/c)t'

假设:r=k,r(1+v/c)=K,
则得:
x=kx',
t=Kt',

这样把它代入电磁波动方程时才能保持形式相同?
即确保迈克斯韦方程满足“相对性原理”?

 

 [4楼]  作者:明学  发表时间: 2003/07/07 09:33 

回复:yang

是能量不是能量子,这个问题你一时难以接受我也没办法?我提醒你一点,对于一个物体而言,他是一个整体,相互之间都有关联,这种关联在宏观的情形下其效应较少,但在微观和高速以及高能量下,其效应必须考虑,我们通常所说的变换是指我们将一个物体从一种物理状态下,变换到另一种状态下,其物理定律保持不变,这种不变有两种含义:一是指他的大小和结构保持不变,二是指这个物体产生的场以及与其他物体的相互作用的规律保持不变(这样说可能不大完备)。物体的运动我们可以将他看成是一个变换,物体运动的形式多种多样,所以变换的方式也多种多样,爱因斯坦的相对论只是描述了众多变换中的一种形式,当然这个特例对于我们去理解一些复杂的运动是非常有帮助的,比如在微观的情形下,我们是在一个所谓的希尔柏特空间来描述物体的运动状态的,在这个空间中我们也有许多的变换,有许多的变换下物体的某些性质保持不变,也就是我们通常所说的守恒量。

再回到爱因斯坦的相对论,洛伦兹变换是指物体随速度的变化,我们来考虑物体的状态是否随速度而变化这就是关键。显然在高速运动状态下物体的长度在运动方向发生了收缩,爱因斯坦认为物体长度的缩短是因为时间膨胀了,但是在不同的惯性系物体的状态还是不变的,果真如此吗?这是个值得深思的问题。这个问题的证误,不能从数学上去证明,只能从爱因斯坦的两个基本假设上去证明,如果他的两个基本的假设不成立,我们就有把握的说,爱因斯坦的相对论是错误的,



※※※※※※
明学达观
[楼主]  [5楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/07/07 10:52 

好象感觉还是有些问题?

那么你认为能量是连续的?没有量子性?
这可能是介于“新以太论”和“量子论”之间的一种理论?
这样过渡可不容易呀?
可能还有其他的过渡方法,
比如从电磁波与声波的纵波本性来过渡才会有效?
因为介质波密和波疏显然是具有介质密度上的不连续性,
所以我在证明光的偏振本质上花了不少功夫,
还准备用薄片格栅来证明声波同样具有偏振性,

有关“希尔柏特空间”的问题还要从平行线是否交于一点说起?
这是非欧几何的结症所在?

 [6楼]  作者:明学  发表时间: 2003/07/07 12:01 

回复:yanghx

当他构成物质或者光子等等,此时他具有量子的特征,当他构成空间或者介质时,他们没有量子的特征,但是也不能一慨而论。句一个例子吧。当我们对一个刚体施加一个作用的时候,这个刚体会产生一个整体的量子行为,我们总不可能让刚体部分运动,而其他部分不运动吧。但当你对一个液体施加一个作用时,所有的液体并不表现为真个整体的量子行为,我们通常所说的质量和电荷都是物质整体的物理特征的反映,是一种非本质的东西。这个世界除了有一些表现为整体特征的量子行为以外,还有一些非量子的行为,这没有什么希奇的,但是在人们的思维中,总是排斥这样一种存在,所以我们宁愿相信超距的作用,而不愿意承认有这样一种基本的存在,

 电磁波和声波可以类比但是并不雷同,很简单声波的传播速度与刚体的强度有关,但显然这对电磁波来说是不成立的。

况且我们通常所说的刚体本身也是由物质构成的,他与空间还是有差别的。我只能说在介质的某些区域,其物理性质与空间相同。

至于希尔柏特空间,我估计你没有完全了解,其实我也不完全了解,但是一些大楷的性质我还是知道的。以后再说吧!

 



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明学达观
[楼主]  [7楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/07/07 13:50 

估计光和声之间的雷同性会逐步得以证实的?

电磁波和声波可以类比但是并不雷同,很简单声波的传播速度与刚体的强度有关,但显然这对电磁波来说是不成立的。

以太如果是类似气态的粒子呢?
气体可没有强度的问题吧?(气体“动刚度”的问题以后再说了)
那么气体中的声速是与气体粒子的静质量成反比的,
(参见以前的论证文章)
根据粗略的估算,当预想中的以太粒子静质量为10^(-37) kg时,
其中的以太粒子机械振动产生的“声波速”就近似等于光速c了,
似乎光和声之间说是雷同也可,说是类比也可?

另外澄清一点,
现在所谓的“光介质”(如水或玻璃等)其实是对光波传播中的阻碍作用粒子,
可不是通常意义上的“波介质”,
现在认为光的传播是不需要介质的,

 

 [8楼]  作者:明学  发表时间: 2003/07/07 14:57 

回复:YANGHX
你还是没有理解我的意思

※※※※※※
明学达观

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