|
马国梁变换（从绝对静止系Σ到绝对速度为u的运动系Σ'的时空变换）如下：
x'=(x-ut)/sqrt(1-u2/c2) y'=y z'=z t'=t sqrt(1-u2/c2) 由此可推出相对速度公式 VBA=(VB-VA)/(1-VA2/c2) 其中VA为观察者A的绝对速度，VB为观察者B的绝对速度，VBA为观察者B相对于观察者A的相对速度。 有趣的是，从相对速度公式可以导出绝对速度为-u的观察者测得绝对静止系的相对速度为w=u/(1-u2/c2)，方向相反但大小不等。 在确定了时空变换后，我们应当进一步重新定义其它物理概念以保持逻辑上的一致。 在重定义这些概念时，我们希望能保持质量、动量、能量三大守恒定律。 我们希望保持静止质量m0的定义不变，动量由运动质量乘以速度来定义（p=mv)。我们先来看为了保持上述守恒定律运动质量m应如何定义。 在爱因斯坦相对论中，运动质量由质速关系式定义：m=m0/sqrt(1-v2/c2)。其推导方式之一为：静止系看来，静止质量均为m0的两个小球以速度+u,-u相对运动并发生非弹性碰撞粘在一起，由对称性可知粘在一起后速度为0，但在以速度-u运动的观察者看来，一个小球的速度为0，质量为m0，另一个小球速度为v=2u/(1+u2/c2)，质量为m，由质量守恒定律，碰撞后粘在一起的两个小球总质量为(m0+m)，速度为u，由动量守恒定律有mv=(m0+m)u，得m=m0u/(v-u)=m0/sqrt(1-v2/c2)。也就是说相对论中的质速关系式是质量、动量守恒定律的必然要求。 在马国梁理论中可作类似推导：假定绝对静止系中有静止质量均为m0的两个小球以速度+u,-u相对运动并发生非弹性碰撞粘在一起，由对称性可知粘在一起后速度为0。但在以速度-u运动的观察者看来，一个小球的速度为0，质量为m0，另一个小球速度为v=2u/(1-u2/c2)，质量为m，由质量守恒定律，碰撞后粘在一起的两个小球总质量为(m0+m)，速度为w=u/(1-u2/c2)，由动量守恒定律有mv=(m0+m)w，即m*2u/(1-u2/c2)=(m0+m)u/(1-u2/c2)，得m=m0。也就是说马国梁理论中运动质量等于静止质量，即质量与速度无关。这也是马国梁本人的结论。 一、质量-动量守恒定律的破灭 让我们在绝对静止系中进行康普顿实验。由于散射电子速度增加，因而动量增加，由动量守恒定律，光子动量必定相应减少。但绝对静止系中光速是常数，因而光子质量必定相应减少，但电子的质量并不因速度增加而增加，因此质量不守恒！或者质量守恒，即光子质量不减少，因而光子动量不减少，但电子动量却增加了，因此动量不守恒。也就是说康普顿实验中质量、动量不可能同时守恒！ 二、质量-能量守恒定律的破灭 我们暂不需要能量的精确定义，但能量的性质应当满足：同一个物体（比如一个电子）的速度增大后能量也增大。 由于绝对静止系中光速是常数，因此能量的定义还应当满足，绝对静止系中光子的能量由光子的的质量唯一确定。 现在让我们在绝对静止系中进行正负电子湮灭实验。由于电子质量与速度无关，因此由质量守恒定律，生成的光子总质量是常数，从而总能量是常数。但当我们用较高速度的电子湮灭时，按前面所要求的能量性质，电子能量也较高，但湮灭后生成的光子质量——从而光子能量——却不会相应增加，因此能量不守恒。或者，能量守恒，也就是光子总能量——从而总质量——与电子能量相关，但电子能量随速度增加而增加，而质量却不变，从而质量不守恒。也就是说正负电子湮灭实验中质量、能量不可能同时守恒！ 再或者，光子的能量不能由光子质量唯一确定。也就是说光子能量至少是两个独立参量的函数。但光电效应揭示光子能量由光子频率唯一确定，也就是说只是一个独立参量的函数。此路不通，被量子理论挡住了。 马先生意下如何？ 本人这次被删了近10个帖子，只有一帖有底稿。因为该帖较费时，是在网下写的，而其它帖都是直接在网上写的。 现附上（有少许补充），请您指正。我想我们不必再讨论一次该用近似解还是用严格解了吧？盼望您能直接指出我的推导中的错误。 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 我对“环球通信实验”的预言（修订稿） 2003/05/03 14:26 字节:11K 点击:17次 帖号:30759 “环球通信实验”确实是一个饶有趣味的问题。随着光缆在全球的连通，总有一天会有人完成这个实验的。 [[小猪：用不着等到那一天，任何一个旋转的环形光缆都可以用于检验。实际上广泛应用的光纤陀螺仪每秒钟都在做这样的检验。]] 但理论分析的结果恐怕是仁者见仁、智者见智。谁是谁非，只能靠实践来检验。当不考虑地心的绝对运动时，按照我的理论，我分析的结果是： 1、 在实验室的原位置a点，东西方向的环球光信号是不可能同时返回的。由于介质的拽引作用，使得朝东的光信号所需的传播时间减少.为 t1 = 2πRn / [ c +（1-1/n）ωR ] 朝西的光信号所需的传播时间增多。为 t2 = 2πRn / [ c -（1-1/n）ωR ] 时差是 Δt = t2 - t1 = 2πR 2ωR（n-1）/ cc 2、 在运动的实验室内a′点，东西方向的环球光信号也是不可能同时返回的。由于光的相对速度不同，所以使得朝东的光信号所需的传播时间增多.为 t1′= 2πRn / ( c – ωR/n ) 朝西的光信号所需的传播时间减少.为 t2′= 2πRn / ( c + ωR/n ) 时差是 Δt ′= t1′- t2′ = 2πR 2ωR / cc [[您推导中所用公式是近似公式，而且缺少详细过程。在做理论研究时，不应该用近似公式，至少在能够得到严格解时是如此。 按马国梁理论，介质运动时在运动方向上会发生真实收缩，但与介质一起运动的观察者（介质参考系）的尺子同样收缩，因而观测不到介质收缩。但介质参考系测得的真空光速是各向异性的，那么介质中各向光速是否可以用同方向的真空光速直接除以介质折射率而得出呢？ 如果不可以的话，折射率这个概念还有意义吗？运动系中的介质光学性质应当是怎样的呢？ 如果可以的话（根据后文第3条的理由，马先生是同意的），则按马氏理论，介质运动方向（朝东）的真空光速为 c'=(c-v)/(1-v2/c2)=c2/(c+v)，其中v=ωR，以下同 朝东的介质光速为c"=c'/n=c2/(c+v)/n 这个介质光速在地心惯性系（这里与老马一样将其假设为绝对静止系）中的绝对速度是c'" 按马氏相对速度公式有c"=(c'"-v)/(1-v2/c2)，则 c'"=c"(1-v2/c2)+v=(c-v)/n+v 东向传播时间t1=2πR/(c'"-v)=2πRn/(c-v) //注：这是一个追及问题，(c'"-v)是几何速度 同理，西向传播时间t2=2πRn/(c+v) 因此，在地心惯性系中的时差是 Δt=t1-t2=4πR nv /(c2-v2)=4nAω/(c2-v2) 其中A是光纤回路包围的面积，换算到地心-地表固定参考系中时要乘以一个时间变慢因子sqrt(1-v2/c2)，这样马氏理论的可观测时差是 Δt'=4nAω/[c2sqrt(1-v2/c2)]，与折射率成正比； 而相对论的结果是 Δt'=4Aω/[c2sqrt(1-v2/c2)]，与折射率无关。马、爱预测结果刚好差一个折射率因子。 由于光学测量是极其精密的，目前普通的光纤陀螺仪就可以测出0.01度/小时的旋转。由于马氏理论预言的时差在n=1.5的光纤中要比相对论预言的大50%，这应当是极其容易检测的。 此前马氏预言地面光速各向异性导致不同方向的光波长不同，本人定量计算是不同方向波长相差极值可达2/10000，但检验起来仍有一定难度。 但光纤陀螺仪成了马氏理论的终审法官，并判了马氏理论死刑！ 3、在介质惯性参照系中，闭合路径的平均光速应总是为 c′= c / n [[从本式来看，马先生应当是认为自己理论中的介质中各向光速可以用该方向的真空光速除以介质折射率而得出。马先生原著中也是这样这样认为的。这就说明了第2步的结果应当是本人这样推导的，而非马先生的结果。]] 在 4 / 30 = 1 / 7.5 秒的短时间内，地心的绝对运动状态不会有很大的变化，故可将之看作是惯性运动。但地球及环球光缆却不是惯性系。因为它们在围绕地心转动，且介质的运动方向总是在光信号传播的路线上，故朝东、朝西的光信号的平均运动速度不可能再都等于c / n .而是分别约等于 [ c + ( n – 1/n )ωR ] / n 和 [ c - ( n – 1/n )ωR ] / n . [[结论有误。后面有本人推导的结果。以下数值计算意义不大。]] 若取 n = 1.5 R = 6378 km c = 300000 km/s ωR = 0.465 km/s 则可算得 Δt = 0.207 μs Δt ′= 0.414 μs 实验室末位置 a′点在初位置 a 点东侧的 2πRn ωR / c = 93.17 米处； 东西光信号返回交汇的位置是在a′西侧的 2πR ωR / cn = 41.41 米处。 这就是我分析、计算的结果。对不对诸位可进行评议。沈建其先生，您看呢？ 关于“环球通信实验”的通信（修订稿） 2003/05/09 13:59 字节:29K 点击:28次 帖号:31043 刘志波先生： 您的论文我已看过。您的意思大概是想通过“环球通信实验”，用东西朝向的光信号不能同时返回的结果来否定“（单程）光速不变原理” ；但又考虑到它们都是闭合光路，害怕殃及“闭路光速不变原理”的成立，因此感到困惑和无所适从。 其实“闭路光速不变原理”是不会受到威胁的。因为这个原理仅适用于惯性参照系。在惯性系的真空中，闭路平均光速恒等于c ；在介质惯性系中，闭路平均光速恒等于c/n . 地心的运动可以看作是惯性运动，可是边走边绕地心转动的地球和环球光缆是惯性系吗？运动的实验室在一瞬间可以看作是惯性系，可是以它为瞬时转心做相对转动的地球和环球光缆还和它同属一个惯性系吗？当然不是！另外你考虑过介质的拽引作用了吗？真空不过是折射率为1的一种特殊情况。光缆材料的折射率约为1.5 ，其拽引作用是不可忽略的。 根据我的理论，我经过严格的推导，得出光在环球光缆中的平均速度总是为 朝东 c1 = c / n + (1 – 1/ nn )ωR 朝西 c2 = c / n - (1 – 1/ nn )ωR [[本人根据您的理论推导严格解为c1=c2/[n(c+ωR)]，c1=c2/[n(c-ωR)]。在本人前面的推导中已经得出了双向光信号在绝对静止系中观测的传播时间为2πRn/(c±v)，将其乘以时间变慢因子sqrt(1-v2/c2)得到光缆系观测的传播时间；将绝对系的光缆周长2πR除以空间收缩因子sqrt(1-v2/c2)得到光缆系测得的光缆周长。用光缆系中的光缆周长除以光缆系中的某方向传播时间即得到光缆系中某方向的平均光速。 您的结果不是我的解的一阶近似，有问题，从n=1的极限情况中就可以看出。您的解在n=1时导致东、西传播平均速度相等，不会有传播时差，而相对论和经典理论都得到了时差。Sagnac实验就可视为n=1的情形，观测到了明显时差。我根据您的理论得到的严格解在n=1时双向平均光速是不等的，也是有传播时差的。]] 在真空管中 n = 1 c1 = c2 = c 当地球不自转时 ω= 0 c1 = c2 = c / n 至于单程光速，如 α从子夜零时开始，在地心惯性系中看，则 朝东为 C1 = [ c – (ωR + u cosα)/n ] / n + ωR 朝西为 C2 = [ c + (ωR + u cosα)/n ] / n – ωR 如在实验室惯性系中看，则朝东为 C1′= [ c – ( u +ωR) cosα/n + ( n – 1/n ) 2ωR ( sin0.5α ) ^2 ] / n 朝西为 C2′= [ c + ( u +ωR) cosα/n – ( n –1/n ) 2ωR ( sin0.5α) ^2 ] / n 可见在旋转的环球光缆中，不论东西朝向的闭路平均光速还是单程光速都不可能是相等的。 |