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揭开“光速不变原理”的真相
[楼主] 作者:马国梁  发表时间:2003/10/18 17:50
点击:262次

揭开“光速不变原理”的真相

“光速不变原理”是狭义相对论的重要依据之一,其实这只是一种表面现象。为揭开其中的奥秘,我们先设所在惯性系的空间范围为无穷大,这样空间中所有的物质现象就都可以在该参照系中描述了。

在原点o′上对准的许多时钟,如将它们分散到惯性系的各个位置上那么就必须运动。由于运动时钟的运行速率都要改变,所以它们的指示时刻也就都不再与   o′钟相同了。可以推出,当惯性系低速运动时,它们比o′钟滞后的时间是

Δt= - ux/ cc

x′是各钟所在位置的横坐标。可见,x′值越大,时钟所滞后的时间就越多。

由于各钟不再同时,所以它们便可将光在各个方向上因速度不同而产生的时间差恰好全部抵消。证明如下.

原点矢径rx′轴正向的夹角是β,则矢径终点A′钟比原点o′钟滞后的时间是

Δt= - ur cosβ/ cc

因为测量光速 c=c - u cosβ)/1- uu / cc

                ≈(c - u cosβ)

所以光线从原点o′到达终点A′时钟所显示的时间差是

t= r/ c+ Δt

  = r/c - u cosβ)- ur cosβ/ cc = r/c

可见t′在各个方向上都相同,与β无关。即在各个方向上的单程光速都表现为相同。自然其回路光速也都相同。不仅只此,当采用上述时钟系统计时时,若光从一处发出到达另一处,则不管其路径怎样曲折,其轨迹长度与始末钟时差的比都将恒为定值c ,从而显示出所谓的“光速不变”现象。但切莫忘记,这种现象是建立在“各钟不同时”基础上的,因此它只是一种假象,具有极大的局限性。

但这种假象也有它的应用价值。在惯性系中,如采用在同一点对准的时钟系统,那么就可将在其中传播的光速看成是恒定的,其始末钟的时间差只由光的路程来决定。此特性可用来推断校正旅行光线所经各处时钟的同时时刻。例如在地球上,由某天文台发出一个“0时刻光信号”,那么全球各地的时钟即可将“收到信号的时刻再减去信号传播时间后的时刻”定为“0时刻”。但尽管这样,全球各地的时钟仍然是绝对不同时的。在二级精度上,其最远时钟的差值为最大,可达 u 2 r/ cc .

但地球不是一个严格的惯性系。除全球各地的时钟都不同时外,还由于地球的转动使任何两地的时钟差都不是固定的,而是循环波动的。只是这很难用测量结果来证明。

而在空间中做非光速运动的物体(物质)和在介质中传播的光却没有在真空中传播的光这么幸运。在惯性系中,即使它们的运动速度是各向同性的,但若改在其它惯性系中看,则将绝对不可能再保持各向同性。

但在爱氏的狭义相对论中却不是遵从的上述原理,两者相比是貌合神离。(1)在狭义相对论中,它的速度u不是惯性系的绝对运动速度,而是相对另一参照系的运动速度;(2u的取值范围不是远远小于光速c ,而是从0c ;(3)它的时间差 – ux / cc 不是时钟移动的结果,而是由于空间距离使然;(4)它的“光速不变”不是经过时钟差修正的结果,而是由于洛仑兹变换的结果。从而给现代时空理论造成了不可理喻的许多混乱。这一百年之误现在是到了应该彻底澄清的时候了。

当然我们也可以对洛仑兹变换进行改造:

1、重新界定它的适用范围。式中u还是惯性系相对其它惯性系(包括绝对静止参照系)的速度,但必须是在u<<c的范围内。

2、修改变换公式。既然u<<c ,那么就可略去原式中的二级微小量,将其修改为

x= x ut

 y= y

z= z

t= t ux/cc

3、正确理解它的物理意义。t'式中的 - ux/cc 项为各地时钟比原点o′钟滞后的时间,x'为各钟的横坐标。时钟滞后的原因是由于时钟从原点移动到所在点造成的,在运动过程中时钟的运行速率要改变。——这样就符合实际情况且便于理解了。

 

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[楼主]  [2楼]  作者:马国梁  发表时间: 2003/10/18 17:54 

请沈建其、小猪先生关照此文!
揭开“光速不变原理”的真相
 [3楼]  作者:gguutt  发表时间: 2003/10/18 21:59 

回复:何为真相?
 揭开“光速不变原理”的真相

“光速不变原理”是狭义相对论的重要依据之一,其实这只是一种表面现象。为揭开其中的奥秘,我们先设所在惯性系的空间范围为无穷大,这样空间中所有的物质现象就都可以在该参照系中描述了。

在原点o′上对准的许多时钟,如将它们分散到惯性系的各个位置上那么就必须运动。由于运动时钟的运行速率都要改变,所以它们的指示时刻也就都不再与   o′钟相同了。可以推出,当惯性系低速运动时,它们比o′钟滞后的时间是

Δt= - ux/ cc


[[小猪:坦率地说,在光速不变或可变的规律及时空理论没有建立前,这个时差是无法知道的。这个时差公式只能是根据一个隐变量理论得出来的,在该隐变量理论中光速问题已经通过公设得到解决。]]

 

x′是各钟所在位置的横坐标。可见,x′值越大,时钟所滞后的时间就越多。

由于各钟不再同时,所以它们便可将光在各个方向上因速度不同而产生的时间差恰好全部抵消。证明如下.

[[早些时候我们的讨论中(“马氏相对论与爱氏相对论是相容的”一帖),我已经证明,只要你假设一个光速值,然后用这个假设的光速值来对钟,用这样对出来的钟去测光速,测出来的光速会刚好等于假设的光速值,不会产生矛盾。]]

原点矢径rx′轴正向的夹角是β,则矢径终点A′钟比原点o′钟滞后的时间是


Δt= - ur cosβ/ cc


因为测量光速 c=c - u cosβ)/1- uu / cc


                ≈(c - u cosβ)


所以光线从原点o′到达终点A′时钟所显示的时间差是


t= r/ c+ Δt


  = r/c - u cosβ)- ur cosβ/ cc = r/c


可见t′在各个方向上都相同,与β无关。即在各个方向上的单程光速都表现为相同。自然其回路光速也都相同。不仅只此,当采用上述时钟系统计时时,若光从一处发出到达另一处,则不管其路径怎样曲折,其轨迹长度与始末钟时差的比都将恒为定值c ,从而显示出所谓的“光速不变”现象。但切莫忘记,这种现象是建立在“各钟不同时”基础上的,因此它只是一种假象,具有极大的局限性。

 

[[回路平均光速是不需要对钟操作的,这是光速不变原理可观测性的关键。1963年,爱德华从回路平均光速不变这一假定出发,舍弃光速不变原理,导出了各向异性空间中各个惯性系之间的普遍的时空坐标变换式(称之为广义的洛伦兹变换)。当应用于可观察效应时,这些新变换给出了与狭义相对论完全相同的结果。]]

但这种假象也有它的应用价值。在惯性系中,如采用在同一点对准的时钟系统,那么就可将在其中传播的光速看成是恒定的,其始末钟的时间差只由光的路程来决定。此特性可用来推断校正旅行光线所经各处时钟的同时时刻。例如在地球上,由某天文台发出一个“0时刻光信号”,那么全球各地的时钟即可将“收到信号的时刻再减去信号传播时间后的时刻”定为“0时刻”。但尽管这样,全球各地的时钟仍然是绝对不同时的。在二级精度上,其最远时钟的差值为最大,可达 u 2 r/ cc .

 

[[物理理论毕竟首先是可观测量之间关系的理论,其次才是关于物理实在的理论。就象量子理论一样,给出了无数可观测结果,但人们至今还在探讨量子世界作为物理实在究竟是一幅什么样的图景。因此相对论在回路光速不变的实证基础上将单程光速公设为不变,给出一个自洽的可观测理论,是完全合理的,甚至是必要的。]]

但地球不是一个严格的惯性系。除全球各地的时钟都不同时外,还由于地球的转动使任何两地的时钟差都不是固定的,而是循环波动的。只是这很难用测量结果来证明。


[[因为这种测量涉及非惯性系中的异地同时,很难自洽的定义。而且,从实践上说,这种远程的比较只是人们心智上的一种幻觉,并非必要的。所以广义相对论从狭义相对论的全局性理论变成了一种只描述邻接关系的结构性理论,远程关系只能通过邻接关系依次传递。在广义相对论中,异地的比较无论怎么讲,都可以说是“自说自话”,所以完全可以建立一些异地比较结果不同的同类理论。但最后的实践检验毕竟还是要相互作用,即在邻接的意义上来检验,所以正确的理论中远程关系只是隐变量,在邻接事件中必须给出相同的结果。]]

 

而在空间中做非光速运动的物体(物质)和在介质中传播的光却没有在真空中传播的光这么幸运。在惯性系中,即使它们的运动速度是各向同性的,但若改在其它惯性系中看,则将绝对不可能再保持各向同性。


但在爱氏的狭义相对论中却不是遵从的上述原理,两者相比是貌合神离。(1)在狭义相对论中,它的速度u不是惯性系的绝对运动速度,而是相对另一参照系的运动速度;(2u的取值范围不是远远小于光速c ,而是从0c ;(3)它的时间差 – ux / cc 不是时钟移动的结果,而是由于空间距离使然;(4)它的“光速不变”不是经过时钟差修正的结果,而是由于洛仑兹变换的结果。从而给现代时空理论造成了不可理喻的许多混乱。这一百年之误现在是到了应该彻底澄清的时候了。

 

[[从理论为实践服务的角度讲,相对速度实用而且容易测定,绝对速度就没有这么幸运了。时间差 – ux / cc 严格来说是隐变量,你的马氏理论就可以给出不同的时差,但最后的检验只能是将钟移到一起或用光来对钟。双生子佯谬中,如果飞船不返回,说谁慢谁快是异地比较(只是心智中的非物理比较,所以我说是一种幻觉),没有物理实在意义。最后的检测还是要涉及变成邻接事件,返回到同地。如果用光对钟方式来比较,则涉及谁向谁发光信号的问题,所以还是自说自话。最后,光速不变与洛仑兹变换等价,所以也可以说洛氏变换是光速不变的结果。谈不上造成什么混乱。]]

当然我们也可以对洛仑兹变换进行改造:


1、重新界定它的适用范围。式中u还是惯性系相对其它惯性系(包括绝对静止参照系)的速度,但必须是在u<的范围内。


2、修改变换公式。既然u<,那么就可略去原式中的二级微小量,将其修改为


x= x ut


 y= y


z= z


t= t ux/cc

 

[[狭义相对论是全局性理论,我们不能让变换只适用于局部。而且这是在建立理论,而非运用时的数值计算,近似化处理后并不更简单,反而不严密。]]

3、正确理解它的物理意义。t'式中的 - ux/cc 项为各地时钟比原点o′钟滞后的时间,x'为各钟的横坐标。时钟滞后的原因是由于时钟从原点移动到所在点造成的,在运动过程中时钟的运行速率要改变。——这样就符合实际情况且便于理解了。

 

[[我还是坚持只能在运用中的数值化计算时进行近似。]]

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