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答黄德民与沈建其二位先生的问题
[楼主] 作者:ccxdl  发表时间:2003/08/20 15:16
点击:203次

 

黄德民:

关于今年的西安会议,我可能会来。一方面是学术交流,还有一方面是看看有没有新产品的合作伙伴。我弟弟程实平最近在美国的情况不太好,都是因为经济危机,许多大公司都倒闭了,我弟弟和他的同事也在自己创业。因此,他肯定不能回国来参加西安会议。我现在的联系电话是:0756-7794945

沈建其:

我们已经在2001进行过很长时间的辩论,你不用再去重复“Lorentz变换具有6个(群论的)生成元(初始时空位置重合);庞加莱变换包含着Lorentz变换,但是还含有初始位移,共有10个生成元;此外,再把对称性扩展一下,就得到共形(conformal)变换,它包含庞加莱变换,有15个生成元。”这些老调。我当然明白你想要说明什么事情,只要将x 、x′、t 、t′分别替换成x–x0 、x′– x0′、t–t0 、t′– t0′,即可得到含有初始项的洛仑兹变换式子。如果不管所有的数学推导结果是否都客观存在,那么在“两参考系重合在原点,初始时刻不为0”的洛仑兹变换也依然能够自洽。

其实,在发给你研究“判决实验”的贴子后,我已经发现在牛顿力学中也存在同样的问题。这个“判决实验”最后能说明的东西是:无论人们是否提到“两参考系重合在原点,初始时刻为0”的内容,实际上都潜存“两参考系重合在原点,初始时刻为0”的第一级基础参照系事实。其他参照系都是从第一级基础参照系传递出来的初始值不为0的参照系。人们可以任意约定第一级基础参照系在何处,但不能同时把两个地点所用的参照系都约定作为第一级基础参照系

由此可以弄明白,无论是牛顿力学、还是相对论,为了进行实验上的测量,必须有一个初始时刻为0,两参考系重合在原点的空间基准点。它是数学上的绝对0位置、绝对0时刻,而不是物质世界自己具有的绝对0位置、绝对0时刻,其原因就在于该空间基准点可以任何给定,只要进行新的分析,又可以重新规定空间基准点的位置。

你的长处是对相对论所涉及的数学工具有全面的了解,所以我希望从你这里确认一些似是而非的问题。你的不足是在思路单一上面。我提出如何确定某个事件是某个坐标系中的原始事件问题,所涉及的内容并不是数学上有何困难,而是物理意义上的分辩。

请请考察如下分析:

一艘航空母舰在海里恒速前进,人在航空母舰上行走与在地面上行走,都可以是相同的速度。但同一个人不能同时在航空母舰和地面上行走,让甲乙二人分别在航空母舰和地面上行走,在航空母舰上行走的人与在地面上行走的人都以相同的行走速度前进。分别将航空母舰和地面作为静止系来对待,大家都不难按照经典力学计算出两个人相对于航空母舰和地面的相对运动速度是多少,以及两个人在某个时刻的瞬时所处位置。假设航空母舰以速度v相对于地面作匀速运动,甲在航母坐标系里的运动速度为c ,乙在地面坐标系里的运动速度为c 。在最简化状况下,假设甲在航母坐标系里的运动方程是x′=ct′,乙在地面坐标系里的运动方程是x=ct。人们如果在航母坐标系与在地面坐标系之间建立起这么一种对应关系,要求甲出现在航母坐标系里的坐标位置x′与相应时刻t′和乙出现在地面坐标系里的坐标位置x与相应时刻t之间符合洛仑兹变换。推导发现,甲在航母坐标系里的运动方程可以通过洛仑兹变换,直接得出与乙在地面坐标系里的运动方程相同的表达形式。乙在地面坐标系里的运动方程也可以通过洛仑兹变换,直接得出与甲在航母坐标系里的运动方程相同的表达形式。航母坐标系里的甲人好像就是地面坐标系里的乙人,地面坐标系里的乙人好像就是航母坐标系里的甲人,二者似乎是同一个人。实际上呢,甲不是乙,乙也不是甲。这究竟出了什么问题?

在航母坐标系(令为K′系)坐标原点与地面坐标系(令为K系)坐标原点重合之时,如果约定两个坐标系的初始时刻同时为0,并且又让甲、乙二人的初始位置处于坐标原点上,根据洛仑兹变换呈现出来的运动物,在0时刻的坐标位置也处于坐标原点上。经过一段时间后,例如在1秒时刻,甲在K′系里的呈现位置坐标是c ,乙在K系里的呈现位置坐标也是c ,通过洛仑兹变换后,甲在K系里的呈现位置坐标与相应时刻是

X=C(C+V)/ squr(CC-VV) 、 t=(C+V)/ squr(CC-VV)   ,

乙在K′系里的呈现位置坐标与相应时刻是

X = C(C-V)/ squr(CC-VV) 、 (C-V)/ squr(CC-VV)  

如果甲、乙二人只能在非常短暂的一瞬间呈现在自然世界中,在K′系里行走的甲人与经过洛仑兹变换呈现在K′系里的乙人将在两个不同的时刻先后分别呈现一瞬间,在K系里行走的乙人与经过洛仑兹变换呈现在K系里的甲人也将在两个不同的时刻先后分别呈现一瞬间。但现实的情况是,甲、乙二人不可能只在非常短暂的一瞬间呈现在自然世界中。任何存在于自然界里的物质都不会无中生有,有中变无,它们只能从一种运动形式变化到另一种运动形式。当它们正处于同一种运动形式的时期里,人们很容易将两个相同运动形式的运动物混淆成同一个运动物。

从数学上来说,上述分析与C的具体数值无关。当把C等于光速时,甲、乙二人就相当于是两个光脉冲点了。试想:光的传播速度与光源处于静止或运动状态无关,同一光源发出的光线,对任何一个参照系来说,似乎都有理由认为它是本参照系中的原始事件,而且都具有相同的传播速度,把它变换到别的参照系中也具有不变的传播速度。这好像没有任何矛盾,其实呢,变换到别的参照系中的光脉冲与确定为该参照系中的原始事件的光脉冲之间并不是同一个事件。

变换出来的光脉冲与确定为原始事件的光脉冲具有虽然具有相同的运动速度,但二者不是同一个事件,变换出来的光脉冲是否存在还是一个未被实验证实的东西。但如果把同一个光脉冲,确定成几个参照系中的原始事件,就会导致同一个光波的任一波振面,同时处于两个参照系的相同坐标值位置上,即在空间分裂成两个点。这便是许少知、齐新等先生所提出的矛盾问题。

所以,要对光速不变进行理论研究,就得先解决同一光源发出的光线,对哪个参照系来说,可认为它是本参照系中的原始事件,

二位先生可以就此进行探讨。

Ccxdl 2003年8月20日

 

本帖地址:http://club.xilu.com/hongbin/msgview-950451-34907.html[复制地址]
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 [2楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2003/08/20 16:52 

【【【【沈建其(回复以下CCXDL的一段话):

时空变换(Galileo变换,Lorentz变换)在线性代数看来,尤其是Lorentz变换,其实是相当于一个虚角转动(也就是普通空间的转动的三角函数变为双曲函数)。既然是转动,必然有转动支点,于是这就暗含着“初始位置,初始时刻为0”这一条。我想,CCXDL说的就是这么一个观点吧。这个观点本身也不错。

但这不是一个实质性的东西。也许以前理论的确有这么一个事实存在,但是这个事实不是实质性的。因为,这个转动支点照样可以不在所有参考系的时空原点上(这就是庞加莱变换)。“初始位置,初始时刻为0”这一条,无非只是为了简化理论表述而已(但是不会损失动力学的东西)。所以,我到现在还是认为:尽管CCXDL这次是对的,但是CCXDL所提出的问题其实属于“自扰”的问题,属于不是问题的问题。】】】】】】】】】】】】

 

其实,在发给你研究“判决实验”的贴子后,我已经发现在牛顿力学中也存在同样的问题。这个“判决实验”最后能说明的东西是:无论人们是否提到“两参考系重合在原点,初始时刻为0”的内容,实际上都潜存“两参考系重合在原点,初始时刻为0”的第一级基础参照系事实。其他参照系都是从第一级基础参照系传递出来的初始值不为0的参照系。人们可以任意约定第一级基础参照系在何处,但不能同时把两个地点所用的参照系都约定作为第一级基础参照系


由此可以弄明白,无论是牛顿力学、还是相对论,为了进行实验上的测量,必须有一个初始时刻为0,两参考系重合在原点的空间基准点。它是数学上的绝对0位置、绝对0时刻,而不是物质世界自己具有的绝对0位置、绝对0时刻,其原因就在于该空间基准点可以任何给定,只要进行新的分析,又可以重新规定空间基准点的位置。


 [3楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2003/08/20 17:27 

你的长处是对相对论所涉及的数学工具有全面的了解,所以我希望从你这里确认一些似是而非的问题。你的不足是在思路单一上面。我提出如何确定某个事件是某个坐标系中的原始事件问题,所涉及的内容并不是数学上有何困难,而是物理意义上的分辩。

【【【【【【“如何确定某个事件是某个坐标系中的原始事件问题”,我对这个问题不理解。什么叫“某个事件是某个坐标系中的原始事件”?这种说法是您自己造出来的吧?我觉得不应该造出这个概念(在相对论中不应该存在这个概念。或许在绝对时空观中倒可以谈谈这个问题。)】】】】】】


请请考察如下分析:


一艘航空母舰在海里恒速前进,人在航空母舰上行走与在地面上行走,都可以是相同的速度。但同一个人不能同时在航空母舰和地面上行走,让甲乙二人分别在航空母舰和地面上行走,在航空母舰上行走的人与在地面上行走的人都以相同的行走速度前进。分别将航空母舰和地面作为静止系来对待,大家都不难按照经典力学计算出两个人相对于航空母舰和地面的相对运动速度是多少,以及两个人在某个时刻的瞬时所处位置。假设航空母舰以速度v相对于地面作匀速运动,甲在航母坐标系里的运动速度为c ,乙在地面坐标系里的运动速度为c 。在最简化状况下,假设甲在航母坐标系里的运动方程是x′=ct′,乙在地面坐标系里的运动方程是x=ct。人们如果在航母坐标系与在地面坐标系之间建立起这么一种对应关系,要求甲出现在航母坐标系里的坐标位置x′与相应时刻t′和乙出现在地面坐标系里的坐标位置x与相应时刻t之间符合洛仑兹变换。推导发现,甲在航母坐标系里的运动方程可以通过洛仑兹变换,直接得出与乙在地面坐标系里的运动方程相同的表达形式。乙在地面坐标系里的运动方程也可以通过洛仑兹变换,直接得出与甲在航母坐标系里的运动方程相同的表达形式。航母坐标系里的甲人好像就是地面坐标系里的乙人,地面坐标系里的乙人好像就是航母坐标系里的甲人,二者似乎是同一个人。实际上呢,甲不是乙,乙也不是甲。这究竟出了什么问题?

【【【【运动方程相同,不能说明是同一个人。出现这种现象并不奇怪。如果船与地面初始时刻初始位置重合的话,那么X'=CT'能变换为X=CT。这很正常,而且也不能说明它们就是同一个人(重合的两个人而已,因为它们是光速运动)。如果c不是光速,那么就根本不会出现这种运动方程一模一样的事情了,即它们不会重合在一起。

 

此外,还有,如果船与地面初始时刻初始位置重合的话,那么此时不能用Lorentz变换,而应该用庞加莱变换,此时X'=CT'不能变换为X=CT,而是相差一个位移,此时您还能看作他们是同一个人吗??我看不出CCXDL问题具有什么意义。】】】】


在航母坐标系(令为K′系)坐标原点与地面坐标系(令为K系)坐标原点重合之时,如果约定两个坐标系的初始时刻同时为0,并且又让甲、乙二人的初始位置处于坐标原点上,根据洛仑兹变换呈现出来的运动物,在0时刻的坐标位置也处于坐标原点上。经过一段时间后,例如在1秒时刻,甲在K′系里的呈现位置坐标是c ,乙在K系里的呈现位置坐标也是c ,通过洛仑兹变换后,甲在K系里的呈现位置坐标与相应时刻是


X=C(C+V)/ squr(CC-VV) 、 t=(C+V)/ squr(CC-VV)   ,


乙在K′系里的呈现位置坐标与相应时刻是


X = C(C-V)/ squr(CC-VV) 、 (C-V)/ squr(CC-VV)  


如果甲、乙二人只能在非常短暂的一瞬间呈现在自然世界中,在K′系里行走的甲人与经过洛仑兹变换呈现在K′系里的乙人将在两个不同的时刻先后分别呈现一瞬间,在K系里行走的乙人与经过洛仑兹变换呈现在K系里的甲人也将在两个不同的时刻先后分别呈现一瞬间。但现实的情况是,甲、乙二人不可能只在非常短暂的一瞬间呈现在自然世界中。任何存在于自然界里的物质都不会无中生有,有中变无,它们只能从一种运动形式变化到另一种运动形式。当它们正处于同一种运动形式的时期里,人们很容易将两个相同运动形式的运动物混淆成同一个运动物。


从数学上来说,上述分析与C的具体数值无关。当把C等于光速时,甲、乙二人就相当于是两个光脉冲点了。试想:光的传播速度与光源处于静止或运动状态无关,同一光源发出的光线,对任何一个参照系来说,似乎都有理由认为它是本参照系中的原始事件,而且都具有相同的传播速度,把它变换到别的参照系中也具有不变的传播速度。这好像没有任何矛盾,其实呢,变换到别的参照系中的光脉冲与确定为该参照系中的原始事件的光脉冲之间并不是同一个事件。

【【【这段话前面部分同意,但是,最后一句我实在不理解。感觉到,您的想法有点“虚无主义”。什么叫“某个事件是某个坐标系中的原始事件”?这种说法是您自己造出来的吧?我觉得不应该造出这个概念(在相对论中不应该存在这个概念。或许在绝对时空观中倒可以谈谈这个问题。)】】】】】】


变换出来的光脉冲与确定为原始事件的光脉冲具有虽然具有相同的运动速度,但二者不是同一个事件,变换出来的光脉冲是否存在还是一个未被实验证实的东西。但如果把同一个光脉冲,确定成几个参照系中的原始事件,就会导致同一个光波的任一波振面,同时处于两个参照系的相同坐标值位置上,即在空间分裂成两个点。这便是许少知、齐新等先生所提出的矛盾问题。


所以,要对光速不变进行理论研究,就得先解决同一光源发出的光线,对哪个参照系来说,可认为它是本参照系中的原始事件,


二位先生可以就此进行探讨。


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