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建其,你说“爱因斯坦的推导是最具有物理意义的推导,本身没有错。”那就让你自己来见识一下爱因斯坦的推导过程是怎么回事吧。 翻开《相对论原理》(狭义相对论和广义相对论经典论文集)一书(科学出版社1980年2月出版,统一书号:13031·1187)第34页,爱因斯坦在其发表的论文“论运动物体的电动力学”§2部分,是这样给出的光速恒定原理和相对性原理: (1)在“静止”坐标系统中,光线无论从静止物体还是从运动物体上发射出来,都以确定的速度C运动。 (2)若有两个坐标系作相对匀速运动,则物理系统的状态发生变化时,他们所遵守的定律,无论对这两个坐标系中的哪一个来说,都不受到影响。 爱因斯坦在其论文“论运动物体的电动力学”的§3部分,也清清楚楚地写明(参阅第38页): 但是从静止系统测量时,光线相对于k的起始点是以速度C-V运动的,… … 在上述这段话里,k是相对于静止系统K以速度V运动的坐标系。我们从爱因斯坦给出的表达文字中应该知道,所谓的光速不变,并非是指相对于包括运动坐标系在内的任意两个相互作匀速直线运动的坐标系,光都具有完全一样的传播速度C。所以,爱因斯坦提出的光速恒定原理,要点在于如何去确定“静止”坐标系统。在任意两个相互作匀速直线运动的坐标系中,它们是否都可以被确定为“静止”坐标系统呢? 根据相对性原理,在任意两个相互作匀速直线运动的坐标系中,它们似乎都可以被人为地确定为“静止”坐标系统。但是,当其中某一个坐标系被人为地确定为“静止”坐标系统时,其余的坐标系就是运动系,而不能同时被确定为静止系。 请翻到第36~37页,爱因斯坦在其论文“论运动物体的电动力学”的§3部份中写道: 现在朝着静系统(K)的x增加方向,给系统(k)的原点以恒定速度v,并令这一速度也传给坐标轴以及相应的量杆和钟。这样,静止系统K的任一时刻,都对应着动系统坐标轴的一个确定位置。由于对称性,我们有理由假定k的运动可以是这样,即在时刻t(这个“t”总是表示静系统的时间),动系统的轴平行于静系统的轴。 现在我们设想:一方面从静止系统K要用静止杆来测量空间,另一方面从动系统k用同k一起运动的量杆来测量空间。这样分别得到坐标x,y,z和ξ,η,ζ。然后,按照§1指出的办法,借助光信号确定静系统里一切有钟的点的静系统时间t;类似地,对动系统里一切有对动系统相对静止的钟的点,也按照§1的方法,即利用这些设置有钟的点之间的光信号来确定系统时间τ。 对于完全确定一个事件在静系统中的地点和时间的一组值x,y,z,t,相应地有确定同一事件在动系统的地点和时间的一组值ξ,η,ζ,τ,而现在我们的任务是找出联系这些量的方程组。 首先,由于我们假定空间和时间是均匀的,显然这些方程就一定是线性方程。 如果令x′=x-vt,显然,在系统k里的一个静止点,一定有与时间无关的一组值x′,y ,z 。我们先定义τ为x,y,z,t的函数。为此,我们就必须用方程来表示,τ只不过是按照§1的规则整步的系统k里静止钟的读数的总和。 从系统k的原点,令一束光线于时刻τ0沿X轴向点x′发射,于时刻τ1从该点向坐标原点反射,在时刻τ2到达原点;于是有(τ0+τ2)/2=τ1或者以函数τ的宗量代入,并应用静系统中的光速恒定原理,就得出 {τ(0,0,0,t)+τ(0,0,0,t+x′/(c-v )+ x′/(c+v ))} /2 =τ(x′,0,0, t+x′/(c - v )) 若x′取无穷小量,则得出 (式子略) 或者 (式子略) 应当指出,我们可以不用坐标原点,而选择任何其它点作为光源点,那么刚才得到的方程对x′,y,z的一切值都有效。 类似的,把刚才的做法应用于Y,Z轴,并记住从静系统看来,光沿这些轴的传播速度为squr(cc-vv),就得出 (式子略) 因为τ是线性函数,就可以从这些方程推出 (式子略) 其中α是暂时未知的函数φ(v),为了简单起见,假定在k的原点,当t=0时,τ=0。 按照约定,K是静系统,在静系统K中的地点和时间的一组值用x,y,z,t表示,系统(k)的原点以恒定速度v相对于静系统K作相对运动。当“令x′=x-vt时,在系统k里一定有与时间无关的一组值x′,y,z”属实的话,由x,y,z,t确定的空间点将相对于静系统K以2v的速度作相对运动,这与后面的叙述内容完全不符合。特纠正为: 令x′=x+vt时,在系统k里有与时间无关的一组值x′,y,z确定的点相对于k系统处于静止状态。 此外,如果“从系统k的原点,令一束光线于时刻τ0沿X轴向点x′发射,于时刻τ1从该点向坐标原点反射,在时刻τ2到达原点;于是有(τ0+τ2)/2=τ1”属实,则意味着光在运动系里是以恒定的速度传播。而且,爱因斯坦还在论文中特别地说明: 类似的,把刚才的做法应用于Y,Z轴,并记住从静系统看来,光沿这些轴的传播速度为squr(cc-vv),…… 于是,光在静止系里的传播规律变成了悬案!光在运动系里的传播规律也变成了悬案! 但无论如何,从运动系坐标原点发出的光线在经过一段时间的传播、反射,返回坐标原点,不可能在同一时刻既处于静止系的坐标原点,又处于运动系的坐标原点。根据爱因斯坦给出的时刻计算式子,从运动系坐标原点发出的光线在经过一段时间的传播后是返回运动系的坐标原点。这样,由如下式子 {τ(0,0,0,t)+τ(0,0,0,t+ x′/(c-v)+x′/( c+v))}/2 =τ(x′,0,0, t+ x′/(c-v) ) 建立的时空变换关系,并不是在静止坐标系统K与运动坐标系统k之间进行的时空坐标变换,而是把同一个坐标系统k分别作为运动系与静止系对待时的时空坐标变换关系。请注意,按照光速恒定原理,从运动系坐标原点发出的光线在经过传播、反射,返回静止系坐标原点的时刻应该是t+2x′/(c-v)。根据爱因斯坦的分析思路,在静止坐标系统K与运动坐标系统k之间进行的时空坐标变换应该由如下数学关系来确定: {τ(0,0,0,t)+τ(2vx′/(c-v),0,0, t+2x′/(c-v))} /2 =τ( x′+ vx′/(c-v) ,0,0, t+ x′/(c-v) ) 然而,根据这个数学关系,将推导不出爱因斯坦所期望的时空变换公式。 进一步的仔细分析发现,在爱因斯坦发表的这篇建立相对论的论文“论运动物体的电动力学”之中,不仅对光速的叙述出现了明显混乱,在其它基本概念上也出现了明显错误。请翻到第35~36页,在爱因斯坦发表的论文“论运动物体的电动力学”§2部分,爱因斯坦是这样告诉人们的: 设有一静止刚杆,用静止杆测出的长度为L。我们设想杆轴是沿着静坐标系的x轴放置的,然后令这刚杆以速度v朝x增加的方向作匀速平移运动,现在来考察一下运动杆的长度。假定它的长度可以用以下两钟办法测定: (a)观察者同给定的量杆以及待测杆一起运动,将量杆放在待测杆上,直接量出杆的长度;这办法正如同三者都处于静止一样。 (b)观察者利用设置在静止系统并按照§1的方法整步的静止钟,记下待测杆两个端点在某一确定时刻,是位于静止系统的那两个点上。用前面所用的量杆测得这两点之间的距离(本情况下量杆是静止的)也是一个长度,可称之为“杆的长度”。 按照相对性原理,用方法(a)测得的长度,称为“杆在运动系统中的长度”。一定等于静杆长度L。 用方法(b)测得的长度,称为“静系统中(动)杆的长度”。这种长度,我们要在以上两条原理的基础上加以确定,以后发现,它并不等于L。 流行的运动学不言而喻地假定,用以上两种方式所测定的长度适好相等,换句话说,在时刻t,一个运动着的刚体,从几何角度看来,完全可以用静止在某一确定位置上的同一个刚体来代表。 我们进一步设想,在动杆的两端A和B处各放置一只钟,它们与静止系统的钟是同步的,也就是说,在任一瞬间,这两只钟的指针位置都对应于它们碰巧所在之处的“静系统时间”,所以这两只钟也是“在静止系统中同步”的。 我们再设想,每一只钟各有一个运动的观察者同它在一起,他们用§1规定的规则对这两只钟进行同步.令一束光线在时刻tA离开A,于时刻tB在B被反射,在时刻tA′再回到A.根据光速恒定原理,我们得到 tB - tA = rAB /(c - v) 和 tA′- tB = rAB /(c + v) , 其中rAB 表示在静系统中得到的动杆长度。这样一来,随着动杆一起运动的观察者会发现,这两只钟并不是同步的,而静系统中的观察者则会宣称它们是同步的。 由此可见,我们决不能给同时性概念以绝对的意义,相反,两个事件若在某一个坐标系看来是同时的,从另一个与这坐标系作相对运动的系统来观察,就不能看作是同时的。 根据爱因斯坦提出的光速恒定原理,在任何一个人为确定的“静止”坐标系统中,光线无论是从静止物体还是从运动物体上发射出来,都以确定的速度C运动,人们可以借助光线在两点之间的往返传播时间是否相同来判断出放在静止坐标系统中不同位置处的钟是否保持同步。与此同时,光线在静止坐标系统中处于相对运动状态的两个相互保持静止的运动点之间往返传播的时间如果相同,必定是放置在这两个运动点上的记时钟相差了时间间隔,即它们不是保持相同时刻的同步钟。换句话说,当把光速恒定原理作为物理定律来应用之后,人们就不能继续依据光线在两点之间的往返传播时间是否相同来判断在静止坐标系统中处于相对运动状态的两个不同位置处的钟是否保持同步了。 要想走出爱因斯坦的误区,人们首先必须认识“同时才能并且一定呈现”的自然规律。在明确了“同时性”的物理意义后,人们才能把有关同时性的问题探讨清楚。 在排除掉属于表达不准确的错误后,我们重新将爱因斯坦发表的论文“论运动物体的电动力学”§3部份整理如下: 现在朝着静系统(K)的x增加方向,给系统(k)的原点以恒定速度v,并令这一速度也传给坐标轴以及相应的量杆和钟。对于完全确定一个事件在静系统中的地点和时间的一组值ξ,η,ζ,τ,相应地有确定同一事件在动系统的地点和时间的一组值x,y,z,t,我们现在的任务是找出联系这些量的方程组。 令x′=x+vt,它是系统k里的一个静止点,一定有与时间无关的一组值x′,y ,z 。我们定义τ为x,y,z,t的函数,并表示为τ(x,y,z,t)。 从静系统K的原点,令一束光线于时刻τ0沿X轴向点x′发射,于时刻τ1从该点向坐标原点反射,在时刻τ2到达原点。根据光速恒定原理,光在静系统里以不变的速度c传播,于是有(τ0+τ2)/2=τ1 ; 与此对应,从运动系k的原点,令一束光线于时刻t沿X轴向点x′发射,于时刻t1从该点向坐标原点反射,在时刻t2到达原点。由于光线相对于运动系同方向传播的速度是c-v,相对于运动系反方向传播的速度是c+v,不难计算出 t1=t+ x′/(c-v ) , t2=t1+ x′/(c+v)=t+ x′/(c-v )+ x′/(c+v ); 我们如果按照起始点对应起始点、反射点对应反射点、终止点对应终止点,在静止系与运动系里分别发生的上述事件中建立起函数关系,使τ0=τ(0,0,0,t)、τ1=τ(0,0,0,t1)、τ2=τ(0,0,0,t2),就得出 {τ(0,0,0,t)+τ(0,0,0,t+ x′/(c-v )+ x′/(c+v ))}/2 =τ(x′,0,0, t+ x′/(c-v )) , 若让x′取无穷小量,则得出 (式子略) 或者 (式子略) 显然,我们可以不用坐标原点,而选择X轴上的任何其它点作为光源点,所得到的方程对x′,y,z的一切值都有效。 把刚才的做法应用于Y,Z轴,并记住从运动系统看来,光沿这些轴的传播速度为squr(CC-VV),就得出 (式子略) … … 这么来看就十分清楚了,爱因斯坦在静止系与运动系之间依据光脉冲运动现象所建立的时空变换关系,完全是一种仅适合于光在两个相对固定的物体间来回反射的位置坐标与相应时刻相互对应的映射关系。这如同在网页之间建立的“超连接”作用,点击任何一个确定的“时空坐标”符号,显示屏幕就马上变换成对应的另一个确定的“时空坐标”网页,在此网页的某个位置又有先前网页的“时空坐标” 超连接,点击它,马上就变换成先前的“时空坐标”网页。其实,无须使用光脉冲,让任何一个在静止系里必须以恒定速度u前进的物体“表演”同样的往返运动,按照同样的思路,都能够建立起数学公式完全相同的时空变换关系,仅仅是把光的传播速度c改换成为u 。 无论是把同一个坐标系分别作为静止系与运动系对待,还是在具有相对运动的两个坐标系里,把其中之一约定作静止系,依据光脉冲在静止系与运动系中两个相对固定的物体间来回反射的运动现象所建立时空坐标变换关系,都只是仅适合于光在两个相对固定的物体间来回反射的位置坐标与相应时刻相互对应的“映射”关系。在这样的物理意义下,如果让“让x′取无穷小量”,就能推导出任何质点在两个相互做匀速直线运动的参照系中呈现的空间位置及其相应时刻必须遵守洛仑兹变换关系,按照反证法,假设这是正确的推导结论,在静止系里以恒定速度前进的光脉冲,通过洛仑兹变换呈现在运动系里就不能继续以同样的速度前进。否则,结论将与前提发生矛盾。既然在静止系里以恒定速度前进的光脉冲,通过洛仑兹变换呈现在运动系里仍然继续以同样的速度前进,那就意味着不是数学推导过程发生了错误,就是误解了导出公式的物理意义。 总而言之,在爱因斯坦试图建立的狭义相对论理论体系的过程中,同一质点在静止系与与运动系之间进行的坐标变换仍然是经典的伽利略变换,光在运动系里的传播速度也符合经典的平行四边形矢量合成法则。只是由于爱因斯坦把发生在静止系与与运动系里的两个事件误解成了同一个事件,才将本属于“映射”关系的时空坐标变换错误当成了同一质点在两个参照系中确定的时空坐标应该满足的时空变换公式。 确切地说,爱因斯坦根本就没能够推导出狭义相对论的理论基础,他试图借助光速恒定假说来解释同时性具有相对性,完全属于似是而非的歪曲。根据同时才能并且一定呈现的自然规律,在任意两个坐标系里,时间的自然流逝状况完全相同。无论人们把自然流逝的时间解释为自然世界存在着的绝对时间概念,还是把它解释为数学分析上的假设需要,“同时性具有相对性” 的物理意义都必须建立在它的基础之上。对工程测量技术并不内行的爱因斯坦,把所进行的时空变换分析研究描述成为应用光线传播规律来对空间距离进行测量所导致的结果,更进一步给人们造成了极大的相互误解。其实,爱因斯坦不过是想借用光的传播现象试图给人们提供一个实在的分析“范例”。在光线从空间一个位置传播到另一个位置的过程中,时刻的变化量可以通过光线所走过的路程与其在该段路程上的传播速度计算出来。由光传播现象确定的事件瞬态空间位置坐标与相应时刻都是有凭据的事实,并不是人为臆造的数据。从逻辑上来说,假如质点在两个相互做匀速直线运动的参照系中呈现的空间位置及其相应时刻必须遵守洛仑兹变换,人们无须使用光传播事件,使用其它任何一个自然事件都应该分析出同样的推导结果。光传播现象或许是表现最明显的特别实例,研究者当然会把它作为范例典型来展示理论上取得的成功运用。问题就在于,光相对于任何惯性参照系都将以相同的恒定速度进行传播,纯粹是一个与基本运动规律相抵触的假设。 另外,由于人们把经典的相对性原理不适当地推广到了极端,才导致许多人盲目崇信爱因斯坦对相对论作出的错误解说。事实上,在涉及动能的正确计算时,相对性原理已经不适用。经典物理学在讲解动量概念时曾告诉大家:随手扔出的西瓜碰上高速行驶的卡车也会变成“炸弹”,天空中的小鸟碰上高速飞行的飞机也会变成威力巨大的“炮弹”将飞机击毁。在地面参照系来看,西瓜和小鸟都没有多少动能,而在卡车或飞机看来,西瓜或小鸟就有具大的动能。这其实是一个会引起误解的错误描述,西瓜和小鸟确实没有多少动能,而是高速行驶的卡车和高速飞行的飞机具有很高的动能,当它们把自身的部分动能转移给西瓜或小鸟时,自身将受到极其严重的破坏。当然,西瓜或小鸟也受到了彻底破坏。两个质量不等、运动速度不同的物体发生弹性碰撞,想要求解出碰撞后两个物体的运动速度,参照系必须建立在由它们公共构成的质心参照系上(通常都与地面参照系保持静止)。如果把参照系建立在其中某个物体上,就解不出正确结果。所以,人们必须还相对论以本来面目,才能使它获得正确的应用。 以上内容是不久前发过的帖子内容,特再发给你去研究。 关于用更为玄妙的变换等其他的数学游戏来反驳Lorentz变换,已经在2003年的书稿中作了修改,你不应该继续把我先前给你看的内容一直沿用下去。新的论证方式是:Lorentz变换与仿Lorentz变换是对立的不相容理论,二者必有一错,或是二者都错。你采取的逃避办法是引入虚光速。事实上,不存在虚光速!虚光速是凭空捏造的脱辞。Lorentz变换与仿Lorentz变换自身是独立的数学推导过程,它们各自构成自己时空变换公理系统。 真正能让人们勉强接受的是按照彭加勒的说法:“我们不应该自以为避免了一切矛盾。事实上,两个矛盾的理论都可以成为有用的研究工具,倘若我们不把它们混为一谈,不寻求事物的根底的话。”请记住“倘若我们不把它们混为一谈”乃是前提。 关于验证相对论是否自洽,从一开始我就把你说的第一步工作与第二步工作一起进行。每次只使用一个公理系统进行分析时,相对论在理论上是自洽的状况,物理解释上也可以说的过去。但如果将相同的公理系统在有联系的两个空间不同起始点上进行应用,虽然各自在本系统内都没有矛盾产生,但相互之间作出的分析却可能发生抵触。请你好好体会,这里所讲的将相同的公理系统在有联系的两个空间不同起始点上进行应用是何意思。 Ccxdl 2003-08-27 |