二、物体运动速度与电磁波速有上限的“物理时空”里必然存在一“特殊参考系”
2.1 “相对性假设”、“伽利略变换”与“爱因斯坦变换”的数学关系
“(狭义)相对性假设”、“绝对时空”、“伽利略变换”三者在数理上等价,“伽利略变换”是“爱因斯坦变换”在低速情况下的近似,在“爱因斯坦变换”中,我们以无穷大值代换光速C,就可以得到“伽利略变换”。
“爱因斯坦变换”F(v,C)=1/√1-(vv/CC),当以无穷大值∞代换光速C,就有
“伽利略变换”F(v,∞)=1/√1-(vv/∞∞)=1,R(v,∞)= v/√1-(vv/∞∞)= v,
所以,只要将“伽利略变换”F(v,∞)中的无限大速度值换成光速C就是“爱因斯坦变换”F(v,C);“伽利略变换”是“爱因斯坦变换”中的光速值趋向无穷大的形式、或“爱因斯坦变换”是“伽利略变换”中的光速值趋于C的形式。
因此,对电磁波速上限要求不同的“爱因斯坦变换”与“伽利略变换”,或“爱因斯坦变换”与“相对性假设”不能在任一时空中同时成立,所以那种与爱因斯坦一样认为力学与电磁学中公式对“爱因斯坦变换”协变、“相对性假设”必然适用于它们的想法是错误的。
“绝对时空”与“相对时空”的本质区别在于物体运动速度值与光电磁波速有无上限,无上限就是“绝对时空”、无特殊参考系,有上限就是“相对时空”、有特殊参考系;而不是其它人为规定或感觉,更不能在已经知道物体运动速度值与光电磁波速有上限的物理前提下还坚持“绝对时空”。
但是,在牛顿(1643-1727)时代早已经证明了的“(狭义)相对性假设”与“伽利略变换”等价、要求物体运动速度无上限、无特殊参考系的成果到了爱因斯坦(1879-1955)时代已经散失了,“(狭义)相对性假设”变得与速度之间没关系了。
而实际却是要求运动速度值与光电磁波速无上限的“相对性假设”与要求速度有上限的“光速不变假设”是矛盾的,构建真正数学上自洽的“相对时空”是不需要“相对性假设”的。
2.2 物体运动速度值与光电磁波速有上限时,就必然存在一特殊参考系
物体运动速度值与光电磁波速无上限的时空就是“绝对时空”、就必然无特殊参考系,物体运动速度值与光电磁波速有上限值的就是“相对时空”、就必然有特殊参考系;现在我们来重新证明在牛顿时代早已经得到的成果:“物体运动速度值与光电磁波速无上限”、“无特殊参考系”与“相对性假设”在本质上是一一对应的等价关系。
在“绝对时空”里物体运动速度值与光电磁波速无上限、光电磁波对任何参考系的相对速度都是无穷大,“相对性假设”与“伽利略变换”适用任何参考系之间的速度变换,所以无特殊参考系。
因此,“物体运动速度值与光电磁波速无上限”决定了“无特殊参考系”的存在。若物体运动速度值与光电磁波速有上限,“相对性假设”就不再成立,“无特殊参考系”就必然不成立、就必然存在一特殊参考系;光电磁波速对这一特殊参考系有上限,其它参考系通过某一变换与该光电磁波依然保持同一相对速度。而对于这个特殊参考系,物理上是没有要求它一定是绝对静止系。
所以,一个要求物体运动速度值与光电磁波速有上限、但又无特殊参考系的时空是错误的;当物体运动速度值与光电磁波速有上限值时,“相对性假设”就不成立、“无特殊参考系”就必然不成立,就必然存在一个特殊参考系。
“物体运动速度值与光电磁波速无上限”、“无特殊参考系”与“相对性假设”在本质上是一一对应的等价关系;所以,“闵时空”不是现实“物理时空”的正确数学模型,“爱因斯坦变换”与“闵时空”在严格数学上都是错误与矛盾的。
因此,“物体运动速度值与光电磁波速无上限”就决定了“无特殊参考系”,物体运动速度值与光电磁波速有一上限值时,就必然存在一特殊参考系,使光电磁波速对其绝对速度与相对速度值都为这个上限值;在数学上表示就是,
C-0 = C = R(0,C,C)=(C-0)/(1-C0/CC)= C/1 = C,
这样,要求物体运动速度值与光电磁波速有上限、但无特殊参考系的“相对时空”必然错误,要求物体运动速度值与光电磁波速有上限、又有特殊参考系的“相对时空”才是正确的。
1. 譬如在“闵时空”里要求物体运动速度值与光电磁波速有上限、但无特殊参考系,那么光电磁波速值就无法测量与定义,光电磁波就不能做参考系了,否则,所有有不同速度的物体与电磁波有一样的相对速度C,即 v1≠v2≠v3≠v4≠v5≠…… C = R(v1,C,C)= R(v2,C,C)= R(v3,C,C)= R(v4,C,C)=…… 上式有并仅当v1= v2= v3= v4= v5=……才成立,而这与前提矛盾,所以就必然存在一特殊参考系。
2. 再者,在要求物体运动速度值与光电磁波速有上限、又有特殊参考系的“物理时空”里,若无特殊参考系,光电磁波速值就无法测量与定义,那么一切参考系都是特殊参考系一样,就会产生同一方向上任意点AB之间相对速度R(v1,v2,C)=0.9C、任意点BC之间相对速度R(v2,v3,C)=0.9C的情况出现,那么就会有R(v1,v3,C)﹥C 的情况出现。
所以,正确的、有物理性的时空模型,有并仅是物体运动速度值与光电磁波速有上限、又有一特殊参考系的时空模型,而不是“闵时空”。
因此,错误的无特殊参考系的“闵时空”里的光电磁波不能做参考系,而有特殊参考系的“物理时空”里的光电磁波虽然不是特殊参考系,但无论从运动学还是动力学上都可以做参考系。
那么,建立在“(狭义)相对性假设”之上、同样要求物体运动速度值与光电磁波速无上限、无特殊参考系的“广义相对性假设”错误,它不是“物理规律在所有参考系里都有相同的形式”;“物理规律在所有参考系里都有相同的形式”必有含一特殊参考系的表达式,即物理上有特殊参考系、“物理规律在所有参考系里都有相同的形式”照样成立。
所以必定存在另外一个正确的“相对时空”数学式,它没有像“闵时空”那样在“相对性假设”上出错。
2.3从麦克斯韦方程组的发展历史看“相对性假设”与“伽利略变换”的等价关系
爱因斯坦在《狭义与广义相对论浅说》中这样写道:“伽利略变换”是“爱因斯坦变换”在低速情况下的近似;在“爱因斯坦变换”中,我们以无穷大值代换光速C,就可以得到“伽利略变换”。
在“爱因斯坦变换”中以无穷大值代换光速C就可以得到“伽利略变换”,说明“伽利略变换”要求物体运动速度值与光电磁波速无上限,当物体运动速度值与光电磁波速有上限值C时,“伽利略变换”就演变为“爱因斯坦变换”了。
现在我们就从麦克斯韦方程组的发展历史看“相对性假设”、“伽利略变换”要求物体运动速度值与光电磁波速无上限、无特殊参考系的本质。
当1865年麦克斯韦方程组被提出时,方程组是假定电磁波速无穷大、并对“伽利略变换”协变,而不是对“爱因斯坦变换”协变的。那时,科学界已经不知道“物体运动速度值与光电磁波速无上限”与“无特殊参考系”一一对应的等价关系了,所以一边假定电磁波速无穷大、一边还说方程组有地面特殊参考系。
麦克斯韦方程组,采用CGS单位制, 高斯定律: 高斯磁定律: 法拉第电磁感应定律: 安培定律(带入麦克斯韦方程组)
后来,当得出C=1/√μ0ε0,光被证明同样是电磁波、并有一速度值C时,方程组中把假定电磁波速为无穷大值就改为C,这时方程组就不再满足“相对性假设”与“伽利略变换”协变。那时,科学界说方程组不再满足“相对性假设”与“伽利略变换”协变、有地面特殊参考系(大质量天体地球的本征万有引力场系),就是对有特殊参考系的“洛伦兹变换”协变。其实这时已经说对了的。
而后来进入爱因斯坦的“相对论”年代,科学界依然不知道“物体运动速度值与光电磁波速无上限”与“无特殊参考系”一一对应的等价关系外,还将大数学家牛顿时代已经知道的“相对性假设”与“伽利略变换”要求“物体运动速度值与光电磁波速无上限”、无特殊参考系的等价关系给忘记了,认为“相对性假设”与“物体运动速度值与光电磁波速无上限”无关了。
一旦认为“相对性假设”与“物体运动速度值与光电磁波速无上限”无关,那么“相对性假设”就适用于所有物理领域了;而当方程组中的光电磁波速有一定值C时,那自然就认为它对“爱因斯坦变换”协变了。
而实际却是当方程组中光电磁波速有一定值C时,它就与“相对性假设”数学矛盾而不再对“相对性假设”与“爱因斯坦变换”协变。可见,他们不但不知道了“相对性假设”要求“物体运动速度值与光电磁波速无上限”、无特殊参考系的一一对应本质,还不能从“相对性假设”要求“无特殊参考系”的本质中倒推出其要求“物体运动速度值与光电磁波速无上限”的本质来。
所以,总结麦克斯韦方程组的发展历史,我们会发现它正确的表述应该是:当方程组是假定电磁波速无穷大时,这时方程组满足“相对性假设”、并对“伽利略变换”协变,无特殊参考系;而当方程组中把电磁波速无穷大值改为C时,就是在数学本质上不再对“相对性假设”、“伽利略变换”、“爱因斯坦变换”协变、有地球的本征万有引力场特殊参考系,对“物理时空”里有特殊参考系的“某一变换”协变。 |